中国科大在单自旋体系中实现三阶奇异线的观测

　　中国迷信技能年夜学中国迷信院宏观磁共振重点试验室杜江峰、荣星等人正在单自旋系统中体系研究了对称性与高阶非厄米怪异点布局的瓜葛，并胜利观测到了一类高阶非厄米怪异点布局。该研究结果以“Third-order exceptional line in a nitrogen-vacancy spin system”为题，于1月15日正在线颁发正在《Nature Nanotechnology》上。

　　非厄米物理出格存眷非厄米系统中存正在的一种特殊简并点——怪异点。其与厄米系统中的简并点没有同，二阶或许高阶怪异点有两个或许多个本征值以及本征态同时产生简并。因为怪异点相近奇特的能谱性子，浩繁非厄米系统独占的别致物理征象患上以涌现，是以正在量子计较、紧密丈量和拓扑物理等范畴有侧重要研究价值。由高阶怪异点构成的高阶怪异点布局，例如高阶怪异线以及怪异弧等，能揭示出更为富厚的拓扑性子。然而正在量子系统中高阶怪异点的观测已属不容易，完成高阶怪异点布局就更具应战性。

　　研究组以金刚石中的一个氮-空位色心的单电子自旋以及核自旋复合系统为根蒂根基，基于其成长的非厄米哈密顿量完成要领[Science 364, 878 (2019)]，完成同时具有宇称时间对称性以及赝手性两种对称性的非厄米系统，胜利观测到了由一系列三阶怪异点造成的怪异线。研究组进一步说明了对称性与高阶非厄米怪异布局的瓜葛。试验成果标明，当系统哈密顿量惟独宇称时间对称性时，二维参数空间中仅能存正在伶仃的三阶怪异点。进一步排除系统的宇称时间对称性时，二维参数空间中将没有存正在三阶怪异点。试验成果展示了对称性正在研究高阶怪异点布局中的重要作用。

　　值患上一提的是，高阶怪异点布局的胜利观测与研究组正在金刚石样品上的恒久研究密不成分。该团队的王亚传授多年潜心致力于高质量金刚石的合成与制备，胜利制备电子自旋退相关时间（T2*）长达0.12毫秒的氮-空位色心，为试验胜利打下了松软的根蒂根基。

　　图：没有同对称性下的非厄米系统的能谱及怪异点布局。三种颜色的曲面划分对应非厄米哈密顿量的三个本征能量，黄色与紫色点（线）为二阶怪异点（线），白色点（线）为三阶怪异点（线）。图a为系统同时具备宇称时间对称性以及赝手性的环境，此时可以或许观测到三阶怪异线的存正在。图b为系统仅具备宇称时间对称性时的环境，三阶怪异点以伶仃点的情势存正在于二维参数空间。图c为系统无对称性时的环境，二维参数空间中没有存正在三阶怪异点，仅存正在二阶怪异点。

　　这项事情为正在多能级体系中开展普遍的非厄米物理研究奠基了根蒂根基，一方面有助于研究多能级非厄米系统中的新拓扑相以及拓扑没有变量，另外一方面基于高阶怪异点的本征态转换以及对微扰相应的加强，无望正在量子节制以及量子紧密丈量范畴获得重要使用。

　　中国迷信院宏观磁共振重点试验室特任副研究员伍旸、博士研究生王云汉以及博士后叶翔宇为该文并列第一作者，王亚传授引导了高质量金刚石的合成，杜江峰院士以及荣星传授为论文的配合通信作者。此项研究获得了科技部、国度天然迷信基金委、中国迷信院以及安徽省的赞助。

　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-023-01583-0