固原不锈钢保温施工队 《PRL》重磅: 在非厄米费米体系发现新的超流相

140     2026-01-01 17:01:53
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在凝聚态物理学不断演进的版图中,平衡态与非平衡态系统之间的界限正变得日益模糊。发表于《物理评论快报》的关于 “自旋拆对诱导的例外费米子超流性” (Spin-Depairing-Induced Exceptional Fermionic Superfluidity) 的研究是一项里程碑式的贡献。这项工作引入了一个颠覆性的范式:一种不仅能在耗散中存活,而且从根本上由例外点 (Exceptional Points, EPs) 定义的稳定超流态。

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非厄米物理的革命

传统量子力学建立在厄米性的基础上,这确保了能量特征值为实数且信息守恒。然而,现实世界的量子系统是“开放”的——它们与环境相互作用,导致能量或粒子的增益与损耗。这些系统由非厄米 (Non-Hermitian, NH) 哈密顿量描述。

在这种系统中,最引人注目的特征是例外点 (EPs)。与标准量子力学中能量仅仅交叠的“简并点”不同,在例外点处,哈密顿量的特征值和对应的特征向量会同时合一(简并)。这种数学奇点会导致独特的物理现象,如“费米弧” 以及系统对外部参数的极端敏感性。

核心机制:自旋拆对 (Spin Depairing)

该论文的核心在于非厄米吸引哈伯德模型。这是研究费米子(如电子或超冷原子)如何配对形成超流体的标准框架。研究人员引入了一种特定的耗散形式,称为自旋拆对:

非对称跳迁:该模型具有自旋相关的非对称跳迁。想象一个晶格,自旋向上的粒子倾向于向右跳迁,而自旋向下的粒子则倾向于向左跳迁。

“拆对”效应:在标准的超流体中,相反自旋的粒子会形成“库珀对” 。通过非互惠的方式强迫两种自旋向相反方向运动,环境实际上在试图将这些配对“撕裂”——这就是所谓的自旋拆对。

一种新物态:例外费米超流 (EFS)

此前,物理学界普遍认为费米超流中的EPs是“毁灭的预兆”——它们只会在超流性崩溃、系统转变为普通气体的相变点处出现。

该论文的重大突破在于:发现自旋拆对实际上可以在超流相内部稳定 EPs。 这种被称为例外费米超流 (Exceptional Fermionic Superfluidity, EFS) 的状态具有两个同时存在的特性:

有限的序参量:系统保持宏观波函数(超流性),管道保温施工允许无电阻的流动。

内部例外点:准粒子激发谱在动量空间中包含 EPs。这意味着在这种超流体中携带热量或电流的“粒子”,其行为与标准 BCS 超导系统中的粒子有着本质的区别。

核心理论见解

1. 与态密度 (DOS) 的相互作用

在系统门窗领域,技术创新是品牌发展的核心动力。圣堡罗、百利玛、皇派等品牌凭借前沿技术,不仅推动了产品性能的提升,还引领了行业的发展方向。

“被动门”是随着“被动房”发展而兴起的产品。

研究者利用非厄米 BCS 理论分析了系统。他们发现 EPs 在复能量平面上创造了一种独特的“有效态密度”。这种相互作用确保了即使 EPs 存在,系统仍能维持在稳定的能量极小值状态(或其非平衡态等效物),从而防止超流态衰减。

2. 维度与鲁棒性

论文揭示了这种新相的稳定性高度依赖于系统的几何维度:

正方晶格 (2D):EFS 表现得异常稳健。即使是微弱的相互作用也能支持超流性与 EPs 的共存。

立方晶格 (3D):该相变得更为脆弱;强烈的自旋拆对最终会导致超流态的彻底崩溃。

一维系统 (1D):在 1D 中,超流性的“例外”特性基本消失,EPs 再次被排挤到相边界上。

实验意义:超冷原子

这不仅仅是一个数学上的好奇心。作者指出,超冷原子实验是模拟这种物理现象的完美“量子模拟器”:

实现方式:利用激光诱导的规范场或受控的原子损耗,实验物理学家可以构建出所需的非对称跳迁(自旋相关耗散)。

观测手段:通过动量分辨光谱,科学家可以直接描绘复能量谱,并观测到动量空间中的例外点以及连接它们的费米弧。

结论:多体物理的新前沿

自旋拆对诱导的例外费米超流标志着我们在理解耗散如何作为“资源”而非“干扰”方面迈出了重要一步。通过证明拓扑奇点 (EPs) 可以舒适地存在于多体有序态中,这项工作为以下领域开启了大门:

设计具有非互惠传输特性的新型量子材料。

探索“非厄米拓扑超导”,这可能对容错量子计算产生影响。

弥合经典“有损”波动物理(如光子学)与真正的多体量子统计之间的鸿沟。