Los investigadores estudiaron sistemáticamente las relaciones entre simetrías y puntos excepcionales (EP) no hermitianos de orden superior y observaron la línea excepcional (EL) de tercer orden en un sistema de espín de nitrógeno vacante (NV). El trabajo está publicado en la revista Nature Nanotechnology .

Los PE son singularidades en sistemas no hermitianos, donde hay dos o más valores propios y estados propios se fusionan. Muchos fenómenos topológicos exóticos y características dinámicas novedosas ocurren gracias a las características únicas de los EP. Los PE han desempeñado un papel esencial en la comprensión de áreas innovadoras como la computación cuántica y las transiciones de fase topológicas.

Los EP de alto orden exhiben características topológicas más ricas y un mejor rendimiento de detección que los EP de segundo orden. Sin embargo, realizar EP de alto orden es bastante difícil ya que depende del ajuste simultáneo de múltiples parámetros del sistema, y ​​cuanto mayor sea el orden de los EP, más parámetros del sistema deben ajustarse simultáneamente, lo que hace que el proceso de realización sea un desafío.

Los equipos de investigación, dirigidos por el académico Du Jiangfeng y el profesor Rong Xing del Laboratorio Clave de Resonancia Magnética a Microescala de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), utilizaron un único centro NV, un defecto a escala atómica en el diamante, y el sistema de espín nuclear para realizar los sistemas no hermitianos que abarcan tanto la simetría PT como la pseudoquiralidad. Además, se informó la observación experimental de EL de tercer orden en un espacio de parámetros bidimensional.

Al investigar sistemáticamente el papel de la simetría en las geometrías EP de alto orden, los investigadores revelaron que las EP de tercer orden pueden existir como puntos aislados cuando solo había simetría PT en el hamiltoniano no hermitiano.

Los investigadores exploraron más a fondo la relación entre los PE de tercer orden y las simetrías de los hamiltonianos no hermitianos. Resultó que no había EP de tercer orden cuando el hamiltoniano no hermitiano no tenía simetría, lo que resalta la importancia de las simetrías en el estudio de la estructura de las EP de orden superior.

Vale la pena mencionar que la observación exitosa de geometrías EP de alto orden se ha beneficiado de los estudios anteriores en diamantes. El profesor Wang Ya, en particular, se ha dedicado a la síntesis y producción de diamantes de alta calidad durante muchos años, lo que ha sentado una base sólida para este trabajo.

Este trabajo es de fundamental importancia para los estudios no hermitianos. Se puede aplicar aún más para explorar la física topológica relacionada con la EP de alto orden a escala atómica y arrojar luz sobre el control cuántico y la metrología mejorada cuántica.

Más información: Yang Wu et al, Línea excepcional de tercer orden en un sistema de espín con vacantes de nitrógeno, Nature Nanotechnology (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01583-0

Información de la revista: Nanotecnología de la naturaleza

Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China