我院李林虎副教授等在对多体非厄米系统研究上发现占据依赖粒子分离新现象

      近日，我院量子工程与精密测量团队李林虎副教授等取得科研新成果：在多体非厄米系统中发现一种独特的占据依赖粒子分离现象。该成果以“Occupation-Dependent Particle Separation in One-Dimensional Non-Hermitian Lattices”为题于2024年2月27日发表在国际物理学权威期刊《Physical Review Letter》，中山大学为第一署名单位，我院秦毅博士后为第一作者，李林虎副教授为通讯作者。

      多体相互作用能引发许多超越单粒子图像的奇特物理现象，是凝聚态物理与量子物理领域的重要前沿课题之一。在与外部环境耦合时，量子多体系统可以通过非厄米哈密顿量等效描述，这种哈密顿量展现出许多与厄米系统截然不同的性质，在近年来引起了许多理论和实验研究者的关注。其中，非厄米趋肤效应是非厄米物理研究中的一个主要研究焦点，该效应主要体现为单粒子本征态大规模地积聚在系统边界上，从而产生如非互易单向输运、量子化稳态响应等奇特的物理现象。

      李林虎副教授与秦毅博士后在多体非厄米系统中，以硬核玻色子为例，发现了一种由多体统计性质与非厄米趋肤效应协同产生的“占据依赖粒子分离”现象。这一现象的出现源于一类单粒子模型中的趋肤反向性质，即当系统中存在多个同向的非厄米趋肤通道时，它们之间的破坏性相干会导致系统整体体现出方向相反的非厄米趋肤效应。而在硬核玻色子系统中，其硬核特性限制了不同非厄米趋肤通道之间的相干，使得占据同一元胞的配对粒子体现出与未配对粒子相反的非厄米趋肤效应。通过对局域子晶格关联与纠缠熵的计算，这一多体非厄米趋肤效应的占据依赖性得到了进一步验证。在动力学上，这一现象表现为不同多体初态的单向或双向输运，从而提供了一种在空间上分离配对与未配对粒子的新机制。这一发现揭示了子系统（如轨道、子晶格或自旋）中粒子不守恒性及空间构型对非厄米物理性质的显著影响，为设计并探索新奇多体非厄米现象提供了新的思路。