Forskare har systematiskt studerat sambanden mellan symmetrier och icke-hermitiska exceptionella punkter av hög ordning (EPs), och observerat tredje ordningens exceptionella linje (EL) i ett kvävevakans (NV) spinnsystem. Verket publiceras i tidskriften Nature Nanotechnology .

EP är singulariteter i icke-hermitiska system, där det finns två eller flera egenvärden och egentillstånd sammansmälter. Många exotiska topologiska fenomen och nya dynamiska egenskaper uppstår tack vare EP:s unika egenskaper. EP:er har spelat en viktig roll för att förstå kantskärande områden som kvantberäkning och topologiska fasövergångar.

EP:er av hög ordning uppvisar rikare topologiska egenskaper och bättre avkänningsprestanda än andra ordningens EP:er. Det är dock ganska svårt att förverkliga EP:er av hög ordning eftersom det är beroende av samtidig justering av flera systemparametrar, och ju högre ordning EP:erna är, desto fler systemparametrar måste ställas in samtidigt, vilket gör realiseringsprocessen utmanande.

Forskarteamen – ledda av akademikern Du Jiangfeng och prof. Rong Xing från CAS Key Laboratory of Microscale Magnetic Resonance vid University of Science and Technology of China (USTC) – använde ett enda NV-center, en atomskalig defekt i diamant, och kärnspinnsystem för att realisera de icke-hermitiska systemen som omfattar både PT-symmetri och pseudochiralitet. Vidare rapporterades den experimentella observationen av tredje ordningens EL i tvådimensionellt parameterutrymme.

Genom att systematiskt undersöka symmetrins roll i EP-geometrier av hög ordning, avslöjade forskarna att EP:er av tredje ordningen kan existera som isolerade punkter när det bara fanns PT-symmetri i den icke-hermitiska Hamiltonian.

Forskarna undersökte ytterligare förhållandet mellan tredje ordningens EP och symmetrierna hos de icke-hermitiska Hamiltonianerna. Det visade sig att det inte fanns någon tredje ordningens EP när den icke-hermitiska Hamiltonian inte hade någon symmetri, vilket understryker vikten av symmetrier för att studera strukturen hos högordnings EP:er.

Det är värt att nämna att den framgångsrika observationen av EP-geometrier av hög ordning har gynnats av de tidigare studierna i diamanter. Prof. Wang Ya i synnerhet har varit dedikerad till syntes och produktion av högkvalitativa diamanter i många år, vilket har lagt en solid grund för detta arbete.

Detta arbete är av grundläggande betydelse för icke-ermitiska studier. Den kan användas ytterligare för att utforska högklassig EP-relaterad topologisk fysik på atomär skala och belysa kvantkontroll och kvantförstärkt metrologi.

Mer information: Yang Wu et al, tredje ordningens exceptionell linje i ett kvävevakansspinsystem, Nature Nanotechnology (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01583-0

Journalinformation: Nanoteknik i naturen

Tillhandahålls av University of Science and Technology i Kina