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量子物质领域的新突破

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  振荡行为在自然界中是普遍存在的,从行星的轨道到摆动的周期运动。在纯水晶系统,呈现一个完美的空间周期结构,量子物理的基本定律预测了一个显著的和反直觉的振荡行为,当受到弱电场的作用时,材料中的电子不会发生净漂移,而是在空间中振荡,这种现象称为布洛赫振荡。浸在光晶体中的超低温原子,是观测到的布洛赫振荡的众多系统之一。

  一般来说,粒子的运动受到力的影响,例如电磁场产生的力。在某些晶体中,让人联想到电磁场也可以作为材料的固有属性而存在,它们可能会影响布洛赫振荡。从数学的观点来看,这些内在场可以采取各种形式。特别令人感兴趣的是那些不适用于交换律的数学表达,即“a x b”不等于“b x a”。这些数学量,以及相应的物理性质,通常称为“非交换”。在本质上,需要广义的非交换力来描述核力的强弱,而电磁则更简单地用交换力来描述。

  
《自然通讯》上的一篇文章,论证了晶体内固有的非阿贝尔场可以产生一种新型的布洛赫振荡。这种奇异的振荡现象的特征是振荡周期的倍增,与晶体几何设定的基本周期相比。这个倍增因子有一个深刻的起源,因为它源于晶体的对称性,并且可以归因于拓扑不变量(一个数值量,在晶体的小变形下是稳健的)。此外,这些奇异的布洛赫振荡被证明与晶体内部状态的跳动完全同步。这项工作为具有非交换性质的拓扑量子物质的研究提供了新的思路。

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