丢失粒子会产生积极的、强大的影响。

一项国际合作展示了一种由混合光物质粒子的损失引起的新型拓扑，引入了一条新途径来诱导传统拓扑材料固有的高度珍贵的效应，这可能会彻底改变电子学。

由新加坡南洋理工大学 (NTU) 和澳大利亚国立大学 (ANU) 领导的这项研究代表了对支持激子极化子形成的强光物质耦合体系中半导体中非厄米拓扑不变量的首次实验观察。

输并不总是输

损耗，例如摩擦或电阻，在自然界中无处不在，但被视为对设备有害。

例如，在电子产品中，电阻会导致发热并限制计算效率。

在光子系统中，光子很容易逃脱限制，从而限制了传输效率。

来自澳大利亚的 Elena Ostrovskaya 教授说：“然而，由于非厄米物理学的进步，这种对损失的负面看法最近发生了显着变化，这表明损失可能导致在'完美'无损世界中不可能实现的惊人效果。”国立大学。

非厄米物理学直接将损失和/或收益纳入量子力学。

利用量子力学和经典波物理学之间的类比，光子学的最新进展表明，明智地控制损耗会导致违反直觉的效应，例如尽管损耗增加但激光仍会开启、激光模式之间的稳健切换以及 的不可逆传播光。

量子凝聚态系统（例如电子材料）中的非厄米效应研究较少见。

从损失中获得拓扑

损失可以诱发非平凡的拓扑，将传统材料变成拓扑材料。

无损（实值）和有损（左，实部；右，虚部）情况下的能带结构。当添加特定类型的损失时，无损极限中的圆锥交点（绿点）会转换为一对异常点（粉红色点）。（图片：舰队）

拓扑电子材料使用拓扑不变量（例如陈数）进行分类，该数量化了电子波函数如何在动量空间中有效地缠绕或旋转。

具有相同拓扑不变量的材料具有相同的拓扑。

如果将具有对比拓扑的两种材料合并，则会在它们的界面上发生强大的效果，例如无耗散单向传输。

沿着这种无耗散路径的电传导，没有导致传统材料中能量和热量耗散的散射，允许电流以几乎零浪费的能量耗散。

在这项研究中，该团队将卤化铅钙钛矿半导体中的激子（电子激发）与光子混合以产生激子极化子。

“通常，人们需要奇特的材料或复杂的材料工程来诱导拓扑行为。然而，在这项工作中，我们发现在基于卤化铅钙钛矿的激子极化系统中仅仅存在损耗会导致它表现出非平凡的拓扑结构”，该研究的主要作者之一 Eli Estrecho 博士 (ANU) 说。论文（科学进展，“混合光物质系统中非厄米拓扑不变量的直接测量”）。

该团队仔细测量了系统中极化子在不同动量和极化下的能量和线宽。

理论预测（左）和实验测量（右）围绕异常点对的复杂带（非厄米拓扑不变量）的差异的缠绕。（图片：舰队）

能量和线宽对应于非厄米物理学语言中的有损系统的复能量的实部和虚部。并且这两种极化状态在动量空间中产生了两个不同的能带。

通过这项分析，该团队发现了两个复杂能带的实部和虚部重合的点。这些被称为异常点，在这个系统中它们成对出现。

如果忽略线宽，这是不可能的，这在以前的工作中通常是这样做的。

此外，该团队发现，复杂的能量在异常点周围以定义的旋向和相位旋转。事实上，相位正好按照理论预测的那样绕——这个量是新的拓扑不变量，它只出现在非厄米系统中。

“这是第一次直接测量与凝聚态系统动量空间中的异常点相关的非厄米拓扑不变量，”研究的主要作者之一苏瑞博士（南洋理工大学）说。

此外，该团队发现波函数的缠绕和能带彼此不同，证实它们确实观察到了一种新的拓扑结构。

这项工作引入了设计拓扑材料的新途径，补充了传统拓扑。可以重新设计或有意引入损失，而不是避免损失，以在固有的非拓扑系统中引发拓扑效应。

这可能有助于利用拓扑结构的鲁棒效应来实现有损系统中的拓扑晶体管。

此外，由于钙钛矿中的激子极化子可以表现出集体量子行为——玻色-爱因斯坦凝聚，这项工作为研究非厄米拓扑对凝聚物和超流体的量子行为的影响铺平了道路。

将焦点从参数扩展到动量空间

ANU 小组之前曾使用极化子观察称为异常点的非厄米简并，并且由于这些点而显示出极化子的手性流动。

然而，这些点是在参数空间中观察到的。

这一次，在动量空间中展示了异常点，这可以直接影响粒子的传播，包括极化子超流体。

“在动量空间中创建这些特殊点为研究激子 - 极化系统中拓扑和非厄米物理学的组合效应铺平了道路，”Eli Estrecho 博士说。