多体系の非エルミートトポロジカル相を解明(Unveiling non-Hermitian topological phases in many-body systems)

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2024-03-13 韓国基礎科学研究院(IBS)

非エルミート物理学は、物理系に観察される散逸現象を研究する最先端の分野であり、その中で量子系における散逸は複素エネルギースペクトルをもたらし、非エルミート量子力学の開始を示す。最近の進展では、従来の理解を覆す新しい種類のトポロジカル位相が明らかになっており、その一例が非エルミートスキン効果である。これらのエキゾチックなトポロジカル位相が多体相互作用の存在下で持続するかどうかは未解決の問題だが、韓国の研究チームは多体相互作用による皮膚効果の存在を実証し、これが非エルミートトポロジーの理解を再構築することを示した。彼らの発見は、多体相互作用とトポロジカル位相の微妙な相互作用を明らかにし、新しい素材や技術の可能性を切り拓く。

<関連情報>

非エルミート表皮効果:非相反多体系における点ギャップトポロジーとダブロン-ホロン励起 Collective non-Hermitian skin effect: point-gap topology and the doublon-holon excitations in non-reciprocal many-body systems

Beom Hyun Kim,Jae-Ho Han & Moon Jip Park
Communications Physics  Published:02 March 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s42005-024-01564-2

多体系の非エルミートトポロジカル相を解明(Unveiling non-Hermitian topological phases in many-body systems)

Abstract

Open quantum systems provide a plethora of exotic topological phases of matter that have no Hermitian counterpart. Non-Hermitian skin effect, macroscopic collapse of bulk states to the boundary, has been extensively studied in various experimental platforms. However, it remains an open question whether such topological phases persist in the presence of many-body interactions. Previous studies have shown that the Pauli exclusion principle suppresses the skin effect. In this study, we present a counterexample by demonstrating the presence of the skin effect in doublon-holon excitations. While the ground state of the spin-half Hatano-Nelson model shows no skin effect, the doublon-holon pairs, as its collective excitations, display the many-body skin effect even in strong coupling limit. We establish the robustness of this effect by revealing a bulk-boundary correspondence mediated by the point gap topology within the many-body energy spectrum. Our findings underscore the existence of non-Hermitian topological phases in collective excitations of many-body interacting systems.

1701物理及び化学
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