拓扑超导与马约拉纳费米子

拓扑超导体是由具有配对能隙的体态以及由马约拉纳(Majorana)费米子所组成的无能隙表面态所构成的,其中马约拉纳费米子的反粒子就是它自身.马约拉纳费米子态是研究非阿贝尔统计的理想平台,能构成容错型拓扑量子计算的拓扑量子比特,具有丰富的物理意义和巨大的潜在应用价值.因此,近年来拓扑超导体和马约拉纳费米子的研究在凝聚态物理领域吸引了许多关注.本文综述了在凝聚态物理领域内实现拓扑超导的不同方法,从零维到一维马约拉纳费米子态,即马约拉纳费米子束缚态到马约拉纳费米子边缘态,进行综合的阐述.这些马约拉纳费米子态分别是局域化的和传播的量子态,但仍保持着非阿贝尔统计规律和拓扑特性.对不同的材料系统,从一维的量子线到二维的材料平台,从混合系统到本征材料系统,都会进行详细的介绍和讨论.最后还总结了证明拓扑超导体的可能存在性的相关理论和实验结果,并展望实现拓扑量子计算的前景和手段.     

奇数维开空间分数荷的格林函数方法

近年来,在粒子物理和凝聚态物理中,人们注意到费米子体系与特定的背景外场相耦合会导致带分数费米子数的量子态的存在。研究表明这一分数化现象与背景外场的拓扑性质存在密切的联系,特别当体系不具有电荷共轭对称时,这种联系更为复杂。本文尝试从Levinson定理出发采用格林函数方法来建立在电荷共轭对称破缺的情况下,分数荷与背景外场拓扑性质间的联系,并由此推导了一维孤立子和三维磁单极诱导的分数费米数的一般表达     

领跑在“量子高速路”上的中国战车

<正>我国科学家首次在实验中发现量子反常霍尔效应,引起国际物理学界巨大反响,人们在赞叹我国科学家为之付出的艰辛努力的同时,不免对实现量子反常霍尔效应起到关键作用的拓扑绝缘体产生了浓厚兴趣,那么拓扑绝缘体究竟是什么东西,它为何有如此神通广大的能耐?寻找"马约拉纳费米子"     

拓扑绝缘体-超导体异质结构的电输运研究进展

拓扑绝缘体-超导体异质结构的输运特性研究已经成为凝聚态物理研究领域的热点之一.最近的一篇综述文章总结了该方向的实验进展,探讨了在这种异质结构中观测到马约喇纳费米子的可能性.该篇文章名为《拓扑绝缘体异质结构中的量子输     

实验发现外尔费米子

<正>2015年7月31日和8月17日,Physical Review X和Nature Physics分别以"Experimental Discovery of Weyl Semimetal Ta As"和"Observation of Weyl Nodes in Ta As"为题,在线发表了中国科学院物理研究所丁洪研究小组在外尔半金属的研究成果,该研究利用角分辨光电子能谱技术测量了Ta As的电子结构,实验上首次证实了外尔费米子的存在.基本粒子根据自旋角动量可分为费米子和波色子两大类.1929年,德国科学家外尔(Hermann Weyl)指出,当费米子的质量为零时,可以区分为具有左旋和右旋两种不同     

重费米子材料CeCoIn_5超导态的唯象理论

重费米子超导体是最早发现的非常规超导体,具有丰富的超导量子现象.理解重费米子超导配对的微观起源能够启发非常规超导的机理研究和新型超导体的实验探索.本文简要介绍了近年来在重费米子超导实验和理论上的最新进展,利用量子临界自旋涨落的唯象模型,结合Eliashberg理论计算了CeCoIn_5的超导性质,得到了具有dx~2-y~2波对称性的超导能隙,符合实验结果.在此基础上提出了计算超导转变温度T_c的简化公式,结合二流体理论解释了CeCoIn_5和CeRhIn_5中T_c随压力的演化.这一结果为发展重费米子超导的唯象理论提供了新的思路.     

E_6模型中的三代中微子振荡

在文[1]中,我们讨论了E_6大统一模型中的中微子振荡问题。在该文中,我们仅讨论了存在一代费米子的情况。本文我们讨论一个更现实的模型,即存在三代费米子情况下的中微子振荡问题。费米子超场Ψ_i(27)为E_6风群的27维表示,i=1,2,3表示代指标。Higgs超场H_a(27)、H_a(27~*)、(78)分别是E_6群的27、27~*、78维表示,a=1,2.在每代费米子中,包含有5个     

超冷原子费米气体研究预言了新奇的无能隙拓扑超流态

<正>澳大利亚斯威本科技大学的刘夏姬理论小组和清华大学物理系的龙桂鲁研究小组、中国科学院理论物理研究所易俗研究小组一起合作,在自旋轨道耦合的超冷原子费米气体中预言了一种新奇的无能隙拓扑超流态,并探讨了该状态在有限温度下的可探测性和有杂质存在时的稳定性.这一新物质相具有空间不均匀的序参量.在动量空间中,     

SU(2)瞬子和Witten反常

非-阿贝尔规范理论的渐近自由虽然使得构造一个重正化的可微扰计算的相互作用场论成为可能,但也遗留下一些疑难,如大距离下的强规范力图象,以及缺乏自洽的费米子凝聚机制,在一个含奇数个左手(weyl)费米子双重态的SU(2)规范理论中,上面的问题促使witten对理论的数学相容性提出质疑,事实上,他发现了基本泛函积分中的反常:包含奇数个左手费米子双重态的泛函积分导致平庸的结果。     

拓扑半金属表面态的输运特性

拓扑电子体系是近年来凝聚态物理学的研究前沿,它以非平庸的体态拓扑以及奇异的表面态为主要特征.输运测量是研究拓扑电子体系最常用和最有效的手段之一,输运研究与新奇物理效应的探索以及电子器件相关应用都有密切的联系.基于拓扑绝缘体的输运研究已经广泛地开展,其中的输运信号仅由拓扑表面态贡献;而拓扑半金属中体态和表面态共存,这在给输运研究带来复杂性的同时,也预示着更为丰富的物理现象有望被发现.大多数针对拓扑半金属输运性质的研究集中于其体态,而其表面态的贡献通常被认为小到可以忽略.需要指出,通过巧妙构筑输运器件结构,表面态可以贡献很强的输运信号并导致新奇而丰富的输运性质.本文介绍了若干典型拓扑半金属体系中表面态导致的新奇输运性质,包括拓扑节线半金属中鼓面表面态导致的共振自旋翻转反射及其输运信号,外尔半金属中费米弧表面态的奇异安德烈夫反射、法布里-珀罗干涉和门电压调控的栗弗席兹相变,以及这些效应对外场的奇特响应.本文介绍的研究成果为拓扑半金属表面态的探测与调控提供了新的思路.     

S~3方程和φ~4方程的密切关系

一、导言 近年来,Jackiw和Rebbi(J-R)研究了一维的一个无自旋费米场和一个破缺对称的玻色场相耦合的相对论模型;同时,Su,Schrieffer和Heeger(SSH)独立地研究了在准一维导体聚乙炔(CH)_x中电子声子耦合的非相对论模型。这二个模型中的一个是从凝聚态物理的实际体系中导出的,而另一个则是从相对论场论中的数学模型的研究中得到的。在细节上     

代数拓扑的一个新函子

数学研究现实世界中的空间形式与数量关系,就代数拓扑而论,它的主要对象是拓扑空间这一类空间形式。它的主要工具与方法是使空间在通常所称函子F与以数、群、环、代数等表达的数量关系相对应,并通过这些代数结构来探讨空间的特性与变化。在已知的函子中,主要有同伦函子π_*,同调函子H_*与H~*,K理论中的K函子,以及Adams的J函子等。但一般说来,这些已知函子的计算都     

超冷量子费米气体研究与应用简介

强相互作用的超冷费米气体是研究复杂多体强关联物理的理想系统,可以用来研究高温超导超流、夸克-胶子等离子体、中子星以及宇宙的早期演化等多体强关联物理。通过精确控制原子间的相互作用以及外加的俘获势,可以探索超冷量子物质的奇异物相,研究强耦合系统中的量子非平衡热力学、超冷碰撞和多体物理。文章介绍了华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室超冷量子气体研究组近期在标度不变的费米气体中的一些研究进展,如Efimovian膨胀动力学等新奇动力学和多体量子热机等。     

Anosov映射的拓扑熵

寻找系统在拓扑等价意义下的数值不变量,是动力系统中一个有意义的研究课题.目前知道的数值不变量甚少,而拓扑熵就是这样一个数值不变量.迄今拓扑熵的研究多集中在同胚映射及一维连续自映射.本文考虑一般紧致度量空间上一类连续自映射——Anosov映射,用有限型子移位和转移矩阵的最大特征值刻划Anosov映射的拓扑熵. Anosov映射首先由Maé和Pugh在紧致微分流形上定义.Przytycki使用轨道空间     

量子科学研究的一大突破费米子凝聚态:第六种物质形态

2004年1月29日,美国标准技术研究院和美国科罗拉多大学组成的联合研究小组宣布,他们创造出了物质的第六种形态——“费米子凝聚态”。这是该小组继1995年创造出物质的第五态——“玻色-爱因斯坦凝聚态”之后,在量子科学研究上的又一重大突破。     

Kekulé调制声子晶体中的赝表面狄拉克涡旋拓扑态

近年来,拓扑学的概念被引入到声学系统,声学超材料以及声子晶体中的拓扑效应被广泛研究.其中,声学拓扑边界传输模式具有低损耗、背向散射抑制的特性和良好的鲁棒性,在声信号探测、噪声控制等方面拥有较大的应用潜力.近期,高度局域在狄拉克涡旋处的零维拓扑束缚态在多种物理系统中被发现,成为相关领域的研究热点.但是现有研究中的声学结构大多受限于二维空间,自由空间中亚波长尺度的狄拉克涡旋拓扑态亟待探索.本文基于声赝表面波实现了自由空间中的类马约拉纳束缚态,即通过在硬质基板上排布蜂窝晶格阵列的空气圆柱孔,并在系统中施加一个与格点位置相关的Kekulé调制,产生了局域在结构表面和涡旋中心的声学拓扑束缚态;证明了这种拓扑束缚态的频率固定在狄拉克频率处,且不受Kekulé调制幅度的影响.此外,进一步分别引入粒子空穴对称性保护和破缺的缺陷,验证了这种特殊的拓扑束缚态在粒子空穴对称性保护时对缺陷具有较好的鲁棒性.本研究在基于声能局域和捕获的新型声学功能器件的设计方面具有潜在的应用前景.     

基于晶格缺陷的谷极化三维弹性声子晶体的拓扑界面传播特性

晶格缺陷(包括旋错和位错等)广泛存在于各种材料,并呈现出优异的物理和力学性能.在经典波动体系,晶格缺陷态首先应用于二维光学系统,实现了晶格缺陷激发的谷极化界面态和束缚态.本文设计了一种三维弹性声子晶体,其单胞在第一布里渊区的K-H方向线性简并.打破单胞的镜像对称性,该三维弹性声子晶体沿第一布里渊区K-H方向的简并线打开而形成完全带隙,激发出谷极化量子霍尔效应.将晶格缺陷态引入具有谷极化量子霍尔效应的三维弹性声子晶体,晶格畸变导致单胞谷极化拓扑相反转而形成界面,实现了弹性波在三维弹性声子晶体的稳健界面传播.基于晶格缺陷的谷极化三维弹性声子晶体拓扑界面态的实现,突破了传统经典波动系统拓扑波导设计的局限性,为三维复杂拓扑波导器件设计提供了良好的技术支撑.     

费米子凝聚态：第六种物质形态

2004年1月29日，美国标准技术研究院和美国科罗拉多大学组成的联合研究小组宣布，他们创造出了物质的第六种形态——“费米子凝聚态”。这是该小组继1995年创造出物质的第五态——“玻色-爱因斯坦凝聚态”之后，在量子科学研究上的又一重大突破。     

ψ族和γ族的质量谱

重夸克素谱是近年来粒子物理研究中有兴趣的问题之一。人们用各种不同的方法去讨论它。其中大多数是用非相对论的方法。在文献[2]中,我们提出了一种具有内部相对论性的介子B-S波函数的旋量结构。它所描写的介子体系不但质心运动是相对论性的,而且组成介子的层子-反层子间的相对运动也是相对论性的。当取层子-反层子相对静止这一特殊情形时,它就回到Bargman-Wigner型波函数。我们也已指出,这一波函数的旋量结构与自由费米子体系的波函数旋量结构类似。(当     

任意子

经典量子力学认为自然界中的微观粒子只有玻色子和费米子两大类。但1982年以来的研究工作揭示出可能存在一种具有重要意义的新粒子,这就是任意子。