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記者1月30日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、許金時、韓永建等人利用簡并光學諧振腔內(nèi)的渦旋光子構(gòu)建非厄米人工軌道角動量晶格，觀測到了非厄米奇異點。該成果于日前發(fā)表在國際知名學術(shù)期刊《科學·進展》上。

奇異點是非厄米系統(tǒng)的獨特性質(zhì)，它們存在于與周圍環(huán)境有能量交換的開放系統(tǒng)中，是拓撲物理重要的研究對象。在前期工作基礎上，研究組巧妙地引入一個參數(shù)贗動量，并在人工軌道角動量與參數(shù)贗動量構(gòu)成的二維動量空間中構(gòu)建了狄拉克點。進一步通過在人工軌道角動量晶格上引入偏振非平衡損耗，使動量空間中的狄拉克點劈裂成一對奇異點。

中國科大供圖

在非厄米系統(tǒng)中，能量通常會變成復數(shù)，而對復能量的探測往往十分困難。本項工作中，研究組創(chuàng)造性提出了基于人工軌道角動量維度的復能譜探測方法——波前角分辨能譜探測法。利用這一技術(shù)，研究組不僅成功觀測到了動量空間的奇異點，還觀測到了體費米弧、宇稱-時間對稱性破缺的相變和半整數(shù)能帶纏繞等有趣的現(xiàn)象和特性。此外相比于傳統(tǒng)的拓撲量子模擬體系，光學人工合成維度具有靈活的調(diào)節(jié)能力。研究組通過調(diào)控人工合成維度中的參數(shù)，使動量環(huán)繞奇異點一周，觀測到復能量的反轉(zhuǎn)，直觀地刻畫了復能帶黎曼面的幾何特征。

光學人工合成維度是近年來興起的拓撲量子模擬的新方法。研究組搭建的基于簡并腔中渦旋光子的人工維度實驗平臺，不僅能用來探索深刻的拓撲物理，還可用于開發(fā)功能強大的全光器件。審稿人評價這項工作“大規(guī)模非厄米系統(tǒng)的數(shù)值模擬是十分困難的，因此這項實驗工作提供了一個新的重要研究視角，特別是在技術(shù)應用方面”。

關鍵詞： 軌道角動量 十分困難 周圍環(huán)境 能量交換 對稱性破缺