Language
Country/Area
No result found
Топологический порядок, защищенный симметрией: почему он меняет наше понимание материи?
В фазовых исследованиях в физике симметрия защищенного топологического порядка (СПТ) представляет собой новое состояние материи. Это состояние не только имеет особенности квантовой механики, но и оказывает глубокое влияние на наше понимание природы материи. Это состояние включает в себя некоторую симметрию и конечную разность энергий в квантово-механических системах с нулевой температурой. С макроскопической точки зрения последовательность SPT показывает, как различать различные состояния материи, сохраняя при этом симметрию, но эти состояния не могут непрерывно деформироваться без фазового изменения.
Состояние SPT — это короткодействующее запутанное состояние с симметрией, которое резко контрастирует с топологическим порядком дальнодействующей запутанности.
Последовательности, защищенные этой симметрией, относительно стабильны даже в разных веществах. Эта защита способствует диалектической взаимосвязи между состояниями SPT и другими типами топологического порядка, как в бозонных, так и в фермионных системах. Для многих физиков открытие последовательности SPT является не только вызовом существующим теориям, но и окном в новое состояние материи.
Для некоторого нетривиального состояния СПД эффективная теория на границе всегда имеет чистую калибровочную аномалию или смешанную калибровочно-гравитационную аномалию. Это делает границы состояния SPT либо бесщелевыми, либо вырожденными, и поэтому заставляет задуматься с точки зрения структуры материи.
Нетривиальное состояние СПД не может иметь щелевой невырожденной границы, что дает нам новое понимание граничного поведения материи.
Порядок SPT проявляется во многих известных физических явлениях, таких как фаза Холдейна и невзаимодействующие фермионные топологические изоляторы. Эти примеры не только демонстрируют разнообразие этих состояний, но и побуждают исследователей искать новые физические реализации. Эти результаты означают, что у нас есть более конкретные способы понять и использовать квантовые состояния.
Кроме того, разница между состояниями SPT и (внутренним) топологическим порядком заключается в том, что последний предполагает дальнодействующую запутанность и, как правило, способен поддерживать стабильность своих границ независимо от локальных возмущений. Например, во внутреннем топологическом порядке граничные возбуждения топологически защищены, тогда как в порядке SPT для поддержания этой стабильности необходимо поддерживать симметрию.
В порядке SPT мы видим, что возбуждение границы — это всего лишь продукт под защитой симметрии, а не дорогостоящая структура, вызванная реальной топологией.
Более того, молекулярные дефекты обладают нетривиальными статистическими свойствами и дробными квантовыми числами в нетривиальном двумерном состоянии СПД, что особенно способствует появлению новых концепций квантового материала. Эти квантовые дефекты не только демонстрируют сложное поведение, связанное с симметрией, но также являются незаменимыми элементами для изучения порядка СПД.
Теоретически, понимание топологического порядка, защищенного симметрией, также может быть основано на конформной теории групп. Используя концепцию квантовой запутанности, мы можем разделить все фазы с нулевой температурой с зазором на две категории: запутанные фазы дальнего действия (с внутренним топологическим порядком) и запутанные фазы ближнего действия (без внутреннего топологического порядка). Эта классификация помогает физикам более точно определить свойства и потенциал применения различных квантовых материалов.
Теория гомологии групп предоставляет мощный инструмент для классификации фаз SPT, помогая нам систематически понимать различные состояния квантовой материи.
В будущем, благодаря более глубокому пониманию состояний СПП, учёные смогут предсказывать новые квантовые состояния материи, такие как бозонные топологические изоляторы и топологические сверхпроводники, которые могут изменить всё наше понимание материи, особенно в таких областях, как как материаловедение и квантовые вычисления. Конечно, это также означает, что нам нужно изучить больше возможностей, чтобы полностью изменить наш взгляд на материю.
Изучение последовательностей SPT — это не только важная передовая тема в физике, но и краеугольный камень для понимания и формирования будущих технологий, чтобы лучше понять природу и законы Вселенной. неизвестные физические явления мы ждем? Раскроем?
