標(biāo)度定制的局域化效應(yīng)及其在電路中的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】非厄米系統(tǒng)的研究作為物理學(xué)領(lǐng)域的新興熱點(diǎn)，近年來(lái)在光子學(xué)、超冷原子、聲學(xué)及電路等多個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)取得了顯著進(jìn)展。非厄米性的引入催生了一系列新奇的現(xiàn)象，特別是非厄米趨膚效應(yīng)(NHSE)的發(fā)現(xiàn)，顛覆了傳統(tǒng)布洛赫理論，揭示了所有本征態(tài)在開邊界條件下在邊界上的反常聚集行為。這一局域化現(xiàn)象及與之相關(guān)的能譜的高度邊界敏感性，為非平衡動(dòng)力學(xué)及輸運(yùn)特性提供了新的可控要素，推動(dòng)了光學(xué)漏斗、高精度傳感及光力誘導(dǎo)透明等應(yīng)用的發(fā)展。
 

　　然而，趨膚效應(yīng)中的本征態(tài)集體局域化行為，一般要求針對(duì)系統(tǒng)全局引入非厄米項(xiàng)，且波包的局域化發(fā)生在邊界，局域長(zhǎng)度很難調(diào)節(jié)。因此，如何以高度可控且精準(zhǔn)的方式，定制化設(shè)計(jì)波的局域化行為，包括局域化長(zhǎng)度、空間位置及本征態(tài)分布比例等，成為一個(gè)亟待解決的挑戰(zhàn)性問(wèn)題。
 

　　近期，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心凝聚態(tài)理論與材料計(jì)算重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室T01組胡海平特聘研究員、陳澍研究員團(tuán)隊(duì)，與量子計(jì)算研究中心G01組鄭東寧研究員團(tuán)隊(duì)合作，提出了一種新的局域化效應(yīng)，即標(biāo)度定制的局域化(STL)，并在電路平臺(tái)進(jìn)行了該效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。與點(diǎn)能隙引起的趨膚效應(yīng)及由波干涉導(dǎo)致的安德孫局域化不同，在STL中，局域化模的數(shù)量及局域化長(zhǎng)度完全取決于耦合范圍的現(xiàn)象【圖1所示】，起源于體系中存在非互易長(zhǎng)程耦合形成的閉合路徑。該科研團(tuán)隊(duì)從一個(gè)可解析求解的模型出發(fā)，定出了STL的出現(xiàn)條件及特性，并展示了STL在各種非厄米晶格系統(tǒng)中的普遍性。進(jìn)一步，他們利用電壓跟蹤器和電路開關(guān)等器件，設(shè)計(jì)了RLC電路系統(tǒng)【圖2所示】，直接觀測(cè)了STL模式特有的空間分布。該項(xiàng)研究引入了一種簡(jiǎn)單而靈活的機(jī)制來(lái)操縱波包局域化，加深了對(duì)非厄米體系中特有的局域化現(xiàn)象的理解，并為設(shè)計(jì)具有特定輸運(yùn)特性的新型功能器件提供了啟示。
 

　　相關(guān)研究成果近期以“Scale-tailored localization and its observation in non-Hermitian electrical circuits”為題發(fā)表于《自然-通訊》【Nat. Commun. 15, 9120 (2024)】。物理所T01組博士后郭翠仙(現(xiàn)入職中國(guó)石油大學(xué)(北京))與G01組博士生蘇鷺紅(現(xiàn)香港科技大學(xué)博士后)為共同第一作者；T01組胡海平特聘研究員、陳澍研究員及G01組鄭東寧研究員為共同通訊作者。此外，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所正高級(jí)工程師王永良，以及物理所G01組博士生李力、王晉哲、阮馨慧(與清華大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng))、杜燕京(與中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)聯(lián)合培養(yǎng))也共同參與了該工作。該工作受到科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委  、國(guó)家量子科技2030項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)博士后科學(xué)基金會(huì)和中國(guó)石油大學(xué)(北京)的資助。
 

圖：幾種典型局域化現(xiàn)象的示意圖、電路系統(tǒng)及標(biāo)度定制局域化(STL)的觀測(cè)。