Language
Country/Area
No result found
Da fase Haldan ao isolante topológico: como surgiu o misterioso mundo da ordem SPT?
Com o aprofundamento da pesquisa em física quântica, a compreensão dos cientistas sobre a matéria tornou-se mais refinada. Especialmente para as propriedades de estados quânticos de temperatura zero, um dos conceitos emergentes é a ordem Topológica Protegida por Simetria (SPT). A ascensão deste conceito abriu um novo horizonte para a classificação da matéria no mundo da física quântica.
A ordem SPT é uma ordem em estado quântico com simetria e lacuna de energia limitada e possui propriedades físicas únicas.
A definição de sequência SPT contém duas características principais. Por um lado, diferentes estados SPT com a mesma simetria não podem deformar-se suavemente sem mudança de fase; por outro lado, se a simetria for quebrada durante o processo de deformação, então esses estados podem deformar-se no mesmo estado sem mudança de fase; . Isso permite que a ordem SPT não exista apenas em sistemas bosônicos, mas também seja encontrada em sistemas férmions, formando os conceitos de ordem SPT bosônica e ordem SPT de férmions.
Neste contexto, alguns estudiosos introduziram o conceito de emaranhamento quântico em sua explicação, referindo-se ao estado SPT como um estado emaranhado de curto alcance com simetria. Isto contrasta com a ordem topológica do emaranhamento de longo alcance, que não está relacionada com o famoso paradoxo EPR.
Atributos característicos da sequência SPT
A teoria de limite efetivo de estados SPT não triviais sempre terá anomalias quânticas puras ou anomalias gravitacionais mistas, o que também lhes dá a propriedade de não terem intervalos ou degenerarem sob qualquer forma de limite de amostra. Em particular, para estados não triviais do SPT, uma fronteira não degenerada e sem lacunas não pode ser formada.
Se a fronteira for um estado degenerado sem intervalos, então esta degeneração pode ser causada por quebra espontânea de simetria e/ou ordem topológica intrínseca.
Por exemplo, no estado SPT 2+1 dimensional não trivial, os defeitos monotônicos carregam estatísticas não triviais e números quânticos fracionários do grupo de simetria. Isto mostra a profunda conexão entre os limites da ordem SPT e as propriedades topológicas internas.
A relação entre a ordem SPT e a ordem topológica intrínseca
Os estados SPT são emaranhados de curto alcance, enquanto a ordem topológica intrínseca é emaranhada de longo alcance. Embora ambos possam às vezes proteger estados excitados de fronteira sem intervalos, suas fontes de estabilidade são diferentes. Os estados excitados de fronteira sem intervalos na ordem topológica intrínseca são estáveis a qualquer perturbação local, enquanto os estados excitados de fronteira sem intervalos na ordem SPT são estáveis apenas para aquelas perturbações locais que não quebram a simetria.
Os estados excitados de fronteira sem intervalos na ordem SPT são protegidos por simetria, enquanto a ordem topológica intrínseca é protegida topologicamente.
A ascensão da ordem SPT não é apenas um avanço teórico, mas também inspira a previsão de muitos novos estados quânticos. Em particular, a pesquisa sobre isoladores topológicos bosônicos e supercondutores topológicos fez da ordem SPT um campo ativo na física moderna da matéria condensada.
Teoria da cohomologia de grupo da fase SPT
Quando os estados quânticos são particionados à temperatura zero, a dinâmica da fase SPT perde a simetria espontânea, levando a conexões profundas com a teoria da cohomologia de grupo. Os pesquisadores descobriram que esses estados SPT dimensionais (d + 1) podem ser classificados por cohomologia de grupo.
Para fases bosônicas do SPT com limites de anomalia quântica pura, essas fases podem ser calibradas pelas seguintes categorias de homologia de grupo:
Isso permite que a comunidade científica obtenha uma compreensão aprofundada das características de várias fases do SPT por meio de ferramentas matemáticas, classificando com precisão estados quânticos 1D, 2D e de dimensões superiores.
Classificação completa de fases quânticas interagindo unidimensionais
No processo de exploração da ordem SPT, os pesquisadores descobriram que não há ordem topológica intrínseca em sistemas 1D, e todos os estados quânticos compactos 1D são emaranhados de curto alcance. De acordo com esta descoberta, quando o valor hamiltoniano não tem simetria, estes estados quânticos são classificados como estados de produto arbitrários.
Se o hamiltoniano tiver simetria, a fase quântica da matéria condensada 1D pode ser a fase de quebra de simetria, a fase SPT ou seu estado misto. Este novo entendimento nos permite classificar de forma mais sistemática todas as fases quânticas compactas unidimensionais.
Diante da expansão de diversas características das sequências de SPT e conhecimentos relacionados, futuras pesquisas neste campo continuarão. Então, será que a sequência do SPT se tornará a chave para descobrir mais mundos quânticos desconhecidos?
