近日，我院超快光场调控与成像团队助理研究员鹿鸣与加拿大不列颠哥伦比亚大学（UBC）张骁骁博士和Marcel Franz教授合作，在非厄密物理领域做出了重要原创性成果，相关工作“磁场对非厄密趋肤效应的抑制现象”在物理学著名期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表。

     近年来，非厄密物理学引起了人们的广泛兴趣。作为一种有效描述，非厄密的哈密顿量在诸如光学系统、与环境有耦合的开放系统、以及包含杂质或相互作用的固体系统等诸多体系中具有重要应用。非厄密体系具有很多特有现象，比如奇异点简并，非厄密趋肤效应等，已被实验所证实。其中，非厄密趋肤效应是指体系巨量的本征态波函数局域在边界的行为，它对于理解某些非厄密体系拓扑转变中的体边不对应、开边界能谱和周期性边界能谱显著差异等现象至关重要。因此，深入理解非厄密趋肤效应对于研究非厄密体系具有关键性意义。另外，磁场作为一种有效调控手段，其重要性已经在厄密体系中得到了充分体现。然而，其对于非厄米体系的影响，尚限于一些特定情况如实能谱与拓扑相变的研究，未在更广泛的意义下讨论。

      在这项工作中，鹿鸣等研究人员发现，虽然非厄密趋肤效应具有拓扑的来源，但磁场可以有效的对其进行抑制，使得原本局域在边界上的趋肤波函数重新回到体内。通过对不同类型的低能有效模型的解析求解，他们发现原本由非厄密趋肤效应导致的病态低能有效模型，在磁场作用下可以恢复其有效性，并且得到的解析结果与格点模型的数值结果可以很好地吻合（图1）。而对于高能态的波函数，通过对格点模型的数值求解，波函数的重心也会随着磁场向体内移动。

图1  最低三个能级的波函数概率幅的分布。(a).格点模型下未加磁场的非厄密趋肤态；(b).加磁场格点模型的结果；(c).加磁场低能有效模型的结果。

      非厄密趋肤效应与系统能谱的拓扑性紧密相关，其存在的充要条件是在复平面上存在某些能量点使得如下定义的拓扑绕数非零：

图2  能量复平面上拓扑数。(a1-a3)单带模型(b1-b3)二带模型，磁通分别为2πφ/φ₀=0,0.04,0.08；(c)单带模型(d)二带模型的绕数加权的拓扑非平庸面积随磁通的变化；(c)单带模型(d)二带模型的绕数加权的拓扑非平庸面积随磁通的变化。

        从拓扑的角度出发，鹿鸣等研究人员定义了绕数加权的拓扑非平庸面积，提出了可以藉此来刻画系统趋肤效应的强弱（图2）。另外对于分数的磁通，行列式具有比较简单的形式，使得拓扑绕数可以较为方便的求出。通过计算他们发现，绕数加权的面积随磁通减小的性质在较大的磁通范围内也成立。并且，广义布里渊区(GBZ)在分数磁通下具有简易的表达式，鹿鸣等研究人员发现单带模型的GBZ大小不随磁通变化，因此指出磁场对非厄密趋肤效应的抑制效应不能简单地用GBZ来刻画。由于实验上可以在多种不同类型的非厄密候选体系产生磁场或有效磁场，该研究有望进一步激发人们探究磁场在非厄密体系中的作用。 

      该工作得到了国家重大科学研究计划、中科院先导专项、Max Planck-UBC-UTokyo量子材料中心、理化学研究所SPDR项目、加拿大科研基金NSERC与CFREF的支持。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.256402