Os pesquisadores estudaram sistematicamente as relações entre simetrias e pontos excepcionais (EPs) não-Hermitianos de alta ordem e observaram a linha excepcional de terceira ordem (EL) em um sistema de spin de vacância de nitrogênio (NV). O trabalho está publicado na revista Nature Nanotechnology .



PEs são singularidades em sistemas não-Hermitianos, onde existem dois ou mais valores próprios e os estados próprios se fundem. Muitos fenômenos topológicos exóticos e novas características dinâmicas ocorrem graças às características únicas dos EPs. Os EPs têm desempenhado um papel essencial na compreensão de áreas inovadoras, como a computação quântica e as transições de fase topológicas.

EPs de alta ordem exibem características topológicas mais ricas e melhor desempenho de detecção do que EPs de segunda ordem. No entanto, a realização de EPs de alta ordem é bastante difícil, uma vez que depende do ajuste simultâneo de múltiplos parâmetros do sistema, e quanto maior a ordem dos EPs, mais parâmetros do sistema devem ser ajustados simultaneamente, tornando o processo de realização desafiador.

As equipes de pesquisa - lideradas pelo acadêmico Du Jiangfeng e pelo professor Rong Xing do CAS Key Laboratory of Microscale Magnetic Resonance da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) - utilizaram um único centro NV, um defeito em escala atômica no diamante e o sistema de spin nuclear para realizar os sistemas não-Hermitianos que abrangem tanto a simetria PT quanto a pseudoquiralidade. Além disso, foi relatada a observação experimental de EL de terceira ordem no espaço de parâmetros bidimensional.

Ao investigar sistematicamente o papel da simetria nas geometrias EP de alta ordem, os pesquisadores revelaram que EPs de terceira ordem podem existir como pontos isolados quando havia apenas simetria PT no hamiltoniano não-Hermitiano.

Os pesquisadores exploraram ainda mais a relação entre os PEs de terceira ordem e as simetrias dos hamiltonianos não-Hermitianos. Descobriu-se que não havia PE de terceira ordem quando o Hamiltoniano não-Hermitiano não tinha simetria, o que destaca a importância das simetrias no estudo da estrutura dos PEs de ordem superior.

Vale ressaltar que a observação bem-sucedida de geometrias EP de alta ordem beneficiou-se dos estudos anteriores em diamantes. O Prof. Wang Ya, em particular, dedica-se à síntese e produção de diamantes de alta qualidade há muitos anos, o que estabeleceu uma base sólida para este trabalho.

Este trabalho é de fundamental importância para os estudos não hermitianos. Ele pode ser aplicado posteriormente para explorar a física topológica relacionada ao EP de alta ordem em escala atômica e lançar luz sobre o controle quântico e a metrologia quântica aprimorada.

Mais informações: Yang Wu et al, Linha excepcional de terceira ordem em um sistema de spin com vacância de nitrogênio, Nature Nanotechnology (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01583-0
Informações do diário: Nanotecnologia da Natureza

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