I ricercatori hanno studiato sistematicamente le relazioni tra simmetrie e punti eccezionali non hermitiani (EP) di ordine elevato e hanno osservato la linea eccezionale (EL) di terzo ordine in un sistema di spin di posti vacanti di azoto (NV). Il lavoro è pubblicato sulla rivista Nature Nanotechnology .

Gli EP sono singolarità nei sistemi non hermitiani, dove ci sono due o più autovalori e autostati che si fondono. Molti fenomeni topologici esotici e nuove caratteristiche dinamiche si verificano grazie alle caratteristiche uniche degli EP. Gli EP hanno svolto un ruolo essenziale nella comprensione di aree all'avanguardia come l'informatica quantistica e le transizioni di fase topologiche.

Gli EP di ordine superiore mostrano caratteristiche topologiche più ricche e prestazioni di rilevamento migliori rispetto agli EP di secondo ordine. Tuttavia, realizzare EP di ordine elevato è piuttosto difficile poiché si basa sulla messa a punto simultanea di più parametri di sistema e quanto più alto è l'ordine degli EP, maggiore è il numero di parametri di sistema che devono essere regolati simultaneamente, rendendo il processo di realizzazione impegnativo.

I gruppi di ricerca, guidati dall’Accademico Du Jiangfeng e dal Prof. Rong Xing del CAS Key Laboratory of Microscale Magnetic Resonance dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC), hanno utilizzato un singolo centro NV, un difetto su scala atomica nel diamante e il sistema di spin nucleare per realizzare i sistemi non hermitiani che abbracciano sia la simmetria PT che la pseudochiralità. Inoltre, è stata riportata l'osservazione sperimentale di EL del terzo ordine nello spazio dei parametri bidimensionali.

Indagando sistematicamente il ruolo della simmetria nelle geometrie EP di ordine elevato, i ricercatori hanno rivelato che gli EP di terzo ordine possono esistere come punti isolati quando c'era solo simmetria PT nell'Hamiltoniana non hermitiana.

I ricercatori hanno esplorato ulteriormente la relazione tra gli EP del terzo ordine e le simmetrie degli Hamiltoniani non hermitiani. Si è scoperto che non esisteva alcun EP di terzo ordine quando l'Hamiltoniano non hermitiano non aveva simmetria, il che evidenzia l'importanza delle simmetrie nello studio della struttura degli EP di ordine superiore.

Vale la pena ricordare che l’osservazione riuscita di geometrie EP di ordine elevato ha beneficiato dei precedenti studi sui diamanti. Il Prof. Wang Ya, in particolare, si dedica da molti anni alla sintesi e alla produzione di diamanti di alta qualità, il che ha gettato solide basi per questo lavoro.

Questo lavoro è di fondamentale importanza per gli studi non hermitiani. Può essere ulteriormente applicato per esplorare la fisica topologica correlata all'EP di ordine elevato su scala atomica e far luce sul controllo quantistico e sulla metrologia potenziata dai quanti.

Ulteriori informazioni: Yang Wu et al, Linea eccezionale di terzo ordine in un sistema di spin di posti vacanti di azoto, Nature Nanotechnology (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01583-0

Informazioni sul giornale: Nanotecnologia naturale

Fornito dall'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina