1994年7月毕业于南京大学物理系理论物理专业。
1994年7月至1999年5月在中国科学院物理研究所直接攻读博士学位,导师蒲富恪院士。
1995年被评为中国科学院研究生院优秀研究生。
1999年获得中国科学院院长奖学金优秀奖。
1999年9月至2001年7月在清华大学高等研究中心作博士后,合作导师聂华桐教授。
2004年11月至2005年10月,在国家留学基金委 -“杰出青年学者数学物理研修项目”资助下赴美国麻省理工学院物理系凝聚态理论研究组研修。
2006年7月起任北京师范大学教授。
研究领域涉及拓扑绝缘体、拓扑超导体、拓扑半金属、拓扑序和拓扑量子计算、非厄米物理、强关联电子系统、高温超导理论、冷原子物理等,共发表学术论文100余篇,其中Nature Communication 2篇,PRL4篇,PR40余篇。目前主要从事新奇拓扑量子态及其量子调控。
科研方向:
• 非厄米系统中新奇拓扑量子态
• 拓扑能带系统和高阶拓扑系统
• 具有长程纠缠的拓扑态
• 冷原子中的多体物理
1. 电磁学
2. 凝聚态物理学(原理)
1.主持2023年科技部立项“物态调控”重点专项“基于开放量子体系的非厄米物态调控(2023YFA1406704)”2024.1-2028.12。
2. 主持国家自然科学基金项目– 开放多体拓扑量子态的物性和相变(1217040237)2022.1-2025.12。
3.主持国家自然科学基金项目– 新奇拓扑量子态的纠缠和退纠缠: 探索有限温度普适拓扑量子计算(11974053)2020.1-2023.12。
4. 主持国家自然科学基金项目 – 关联拓扑半金属中的新奇量子态及其调控(11674026)2017.1-2020.12。
5. 主持国家自然科学基金项目 – 拓扑量子态中缺陷的物理性质及其调控(11474025)2015.1-2018.12。
6. 主持国家自然科学基金项目 – 中等强度关联电子系统中的新奇量子态(11174035)2012.1-2015.12。
7. 主持教育部博士点基金 – “拓扑超导体和拓扑量子计算”(20130003110006) (博导类), 2014.1-2016.12.
8. 参加北京师范大学自主科研基金重大项目– “人工结构材料中的量子信息学研究”, 2011.1-2014.12。
9. 参加2010年科技部立项973重大科学研究计划– “复杂电子体系的超敏量子调控”(2011CB921800)。
10. 参加2011年科技部立项973重大科学研究计划– “功能关联电子材料及其低能激发与拓扑量子性质的调控研究”(2012CB921704)。
11. 主持国家自然科学基金项目 –“拓扑序的量子相变和量子调控”(10874017)2009.1-2011.12(已结题)。
12. 主持教育部博士点基金 – “拓扑态的量子调控”(20100003110006) (博导类), 2011.1-2013.12(已结题)。
13. 主持教育部《新世纪优秀人才计划》–“认识和实现拓扑序”(NCET-07-0087),2008.1-2010.12(已结题)。
14. 主持教育部留学回国人员科研启动基金, 2008.1-2010.12(已结题)。
15. 主持国家自然科学基金项目 —“强关联系统的新奇量子态与拓扑量子计算”(10574014),2006.1-2008.12(已结题)。
16. 主持国家自然科学基金项目–“铜氧化物高温超导体基态反常属性的研究”(10204004),2003.1-2005.12(已结题)。
17. 主持国家留学基金委-“杰出青年学者数学物理研修项目” (2004年)(已结题)。
18. 主持北京师范大学青年科学基金项目–“强关联电子系统中规范场的研究”(10110719)(已结题)。
19. 参加北京师范大学985创新群体项目– “低维凝聚态物理” (已结题)。
20. 参加国家自然科学基金项目–“玻色-爱因斯坦凝聚中的亚稳定性和隧道效应研究”(10175039)(已结题)。
2006年获得北京师范大学励耘奖优秀青年教师奖二等奖。
2007年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”。
2007年被评为北京市教育创新标兵。
2009年获得北京师范大学第二届多媒体教学软件比赛三等奖。
2010年获得第十三届茅以升北京青年科技奖。
2012年获得北京青年科技论文奖三等奖。
2017年获得了北京市高等教育教学成果奖(排名第二)。
2018年获得北京师范大学本科教学优秀奖。
2020年获得了陕西高等学校科学技术奖二等奖(排名第二)。
2020年获得了第十六届北京师范大学教学名师奖。
2021年获得第十七届北京市高等学校教学名师奖。
2021年获得北京师范大学高等教学教育成果奖(排名第三)。
2022年获得宝钢优秀教师奖。
2022年获得彬清物理学人才基金。
每年计划招收1-2名硕士生、1-2名博士生,希望有志于该领域研究的学生加入,并欢迎本科学生参加。
非厄米物理方向
1. Xiao-Ran Wang, Cui-Xian Guo, Kou SP,Defective Edge States and Anomalous Bulk-Boundary Correspondence in non-HermitianTopological Systems, Phys. Rev. B 101, 121116 (Rapid communication)(2020);
2. Cui-Xian Guo, Xiao-Ran Wang, Kou SP, Non-HermitianDynamical Strings and Anomalous Topological Degeneracy on non-HermitianToric-code Model with Parity-time Symmetry, Phys. Rev.B 101, 144439(2020);
3. Can Wang, Meng-Lei Yang, Cui-Xian Guo, Xiao-Ming Zhao,and Kou SP, Effective non-Hermitian physics for degenerate groundstates of a non-Hermitian Ising model with RT symmetry, EUR.PHYS.LETTS.12841001(2019);
4. Can Wang, Xiao-Ran Wang, Cui-Xian Guo, and KouSP, Defective Edge states and Anomalous Bulk-boundary Correspondence forTopological Insulators under Non-Hermitian Similarity Transformation, Int.J. Mod. Phys. B 34,2050146 (2020);
5. Cui-Xian Guo, Xiao-Ran Wang, Kou SP,Non-Hermitian Avalanche Effect: Non-Perturbative Effect Induced by LocalNon-Hermitian Perturbation on a Z2 Topological Order, EPL. 131 27002(2020);
6. Fei Yang, Heng Wang, Meng-Lei Yang, Cui-Xian Guo,Xiao-Ran Wang, Gao-Yong Sun, and Kou SP, Hidden continuous quantumphase transition without gap closing in non-Hermitian transverse Ising model,New J. Phys. 24, 043046(2022).
7. Xiao-Ran Wang, Cui-Xian Guo, Qian Du, Kou SP,State-Dependent Topological Invariants and Anomalous Bulk-BoundaryCorrespondence in Non-Hermitian Topological Systems with Generalized InversionSymmetry, CPL 37 117303 (2020) (invited review).
8. Xiao-Ming Zhao, Cui-Xian Guo, Meng-Lei Yang, HengWang, Wu-Ming Liu, and Kou SP, Anomalous non-Abelian statistics fornon-Hermitian generalization of Majorana zero modes, Phys. Rev.B 104, 214502(2021).
9. Xiao-Ming Zhao, Cui-Xian Guo, Kou SP, LinZhuang, and Wu-Ming Liu, Defective Majorana zero modes in a non-Hermitian Kitaevchain, Phys. Rev. B 104, 205131 (2021).
10. Gaoyong Sun, Jia-Chen Tang, Kou SP,Biorthogonal quantum criticality in non-Hermitian many-body systems, Front. Phys.17, 33502 (2022).
11. Jia-Chen Tang, Kou SP and GaoyongSun, Dynamical scaling of Loschmidt echo in non-Hermitian systems, Europhys.Lett. 137, 40001 (2022).
12. Qian Du, Kui Cao, and Kou SP, Physics ofPT-symmetric quantum systems at finite temperatures, Phys. Rev. A 106, 032206(2022).
13. 王晓然, 寇谡鹏, 非厄米拓扑量子态中的病态和反常, 中国科学: 物理学力学天文学第52卷第7期: 270009, 2022年.
14. Kui Cao, Qian Du, and Kou SP,Many-body non-Hermitian skin effect at finite temperatures, Phys. Rev. B108,165420(2023).
15. Fei Yang, Zheng Wei, Xianqi Tong, KuiCao, and Kou SP, Symmetry classes of dissipative topological insulators withedge dark states, Phys. Rev. B 107,165139 (2023).
16. Qian Du, Kui Cao and Kou SP,Non-Hermitian Ising model at finite temperature, Commun. Theor. Phys. 75,045701 (2023).
17. Xiao-Ran Wang, Xiao-Jie Yu, Fei Yang, and KouSP, Physical Exceptional Points without Degeneracy of Energy Levels,arXiv:2109.05980.
18. K. Cao and Kou SP, Topological phase ofmany-body non-Hermitian systems, arXiv:2311.03043 (2023).
19. Xianqi Tong, Kou SP, First-order QuantumPhase Transitions and Localization in the 2D Haldane Model with Non-HermitianQuasicrystal Boundaries, arXiv:2309.09173(2023).
20. Q. Du, Xin-Ran Ma and Kou SP,Non-Hermitian tearing by dissipation, arXiv:2307.14340 (2023).
21. Fei Yang, Zheng Wei, Tian-Meng Li, and KouSP, Topological phases in the periodically kicked Chern insulators,arXiv:2311.03961v1 (2023).
22. Fei Yang, Xue-Ping Ren, and Kou SP,Non-Hermitian Chiral Edge Modes With Complex Fermi Velocity, arXiv:2307.14144(2023).
23. X. Ma, K. Cao, X. Wang, Z. Wei, Kou SP,Chiral Skin Effect, arXiv:2304.01422v1 (2023).
24. Gaoyong Sun, Kou SP, AufbauPrinciple for Non-Hermitian Systems, arXiv:2307.04696 (2023).
25. Chao-Ze Lu, Xiaolong Deng, Kou SP,Gaoyong Sun, Unconventional many-body phase transitions in a non-HermitianIsing chain, arXiv:2311.11251(2023).
拓扑量子态方向
1. Yu J, KouSP and Wen XG,Topologicalquantum phase transition in the transverse Wen-plaquette model, EUR.PHYS.LETTS, 84 17004,(2008).
2. KouSP, Levin M, and Wen XG, Mutual Chern-Simons theory for Z2topological order, PHYS. REV.B 78,155134 (2008).
3. Cai Z, ChenS, Kou SP, and Wang YP, Properties of a class of topological phasetransitions, PHYS REV.B 78,035123, (2008).
4. KouSP, Topological Quantum Computation via Quantum Tunneling Effect,PHYS. REV. LETT. 102,120402 (2009).
5. Yu Jand Kou SP, Macroscopic quantum tunneling effect of Z2topological order, PHYS.REV. B80, 075107 (2009).
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7. KouSP, Realization of Topological Quantum Computation with planar codes, PHYS.REV. A80, 052317(2009).
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9. Liu LF andKou SP, Topological quantum phase transition between quantum spinHall state andquantum anomalous Hall state, INTJ MODPHYS B,25, 2323 (2011).
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11. ZhangL, KouSP, Deng YJ, Quench dynamics of TQPT in Wen-plaquette model,PHYS.REV. A 83, 062113 (2011).
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13. R.-Z.Qiu, KouSP,Z.-X. Hu, Xin Wan, and S. Yi, Quantum Hall effects in fast rotating Fermi gases with anisotropicdipolar interaction, PHYS. REV.A 83,063633 (2011).
14. W.L.Yang, Zhang-qi Yin, Z. X. Chen , Kou SP, M. Feng, and C.H. Oh,Quantum simulation of artificial Abelian gauge fieldusing nitrogen-vacancycenter ensembles coupled to superconducting resonators, PHYS.REV. A 86,012307 (2012).
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19. C.L.Zang, Jing Yu, Wan-LiYang, Mang Feng, Kou SP, ManipulatingSchrodinger Cat State of anIsing Chain via Quantum Tunneling Effect, INT. J.MOD.PHYS. B 27,1350176 (2013).
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22. Ya-JieWu,Jing He,and Kou SP, Topological Mid-gap States of Chern Insulatorwith Flux-Superlattice, EPL,105,47002 (2014).
23. JiangZhou, Shi-Zhu Wang,Ya-Jie Wu, Rong-Wu Li, and Kou SP, TopologicalMid-gap States of px+ipy Topological Superconductor with Vortex superlattice, PhysicsLetters A378,2576 (2014).
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29. Xiao-MingZhao, Xiao Kong,Cui-Xian Guo,Ya-Jie Wu, Kou SP, Fermi Arcs inTilted WeylSemimetals: Classification, Evolution and Transport Properties, EPL120 47004(2017).
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31. He,Jing;Kong,Xiao; Wang, Wei, Kou SP, Type-II nodal line semimetal, NEWJOURNALOF PHYSICS 20, 053019 (2018).
32. Bogoliubovexcitationsin a Bose-Hubbard model on a hyperhoneycomb lattice, Zhou,Wen-yan; Wu,Ya-jie; Kou SP, CHINESE PHYSICS B V27, 050302(2018).
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关联电子系统方向
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7. HeJ,Zong YH, Kou SP, Liang Y, Feng SP, Topological Spin Density Wave,PHYS. REV.B 84, 035127 (2011).
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10. Yan-HuaZong, Jing He,and Kou SP, Quantum spin liquid in interactingKane-Mele model withstaggered on-site potential, Eur. Phys. J. B (2013) 86:28.
11. JingHe,Bo Wang,and Kou SP, Ferromagnetism and Antiferromagnetism ofCorrelatedTopological Insulator with Flat Band, PHYS.REV. B 86,235146(2012).
12. YingLiang, Jing He,Ya-Jie Wu, Ying-Xue Zhu, and Kou SP, Topological SuperconductorsinCorrelated Topological Insulators on the Honeycomb Lattice, Eur. Phys. J. B86:466 (2013).
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14. Ya-JieWu,Jiang Zhou,and Kou SP, Quantum Phase Liquid - Fermionic Superuid without PhaseCoherence, EPL,105,47002 (2014).
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26. Xin Liu,Wenjie Song, Mei Wu, Yuben Yang, Ying Yang,Peipei Lu, Yinhua Tian, YuanweiSun, Jingdi Lu, Jing Wang, Dayu Yan, Youguo Shi,Nian Xiang Sun, Young Sun,Peng Gao, Ka Shen, Guozhi Chai, Kou SP,Ce-Wen Nan & Jinxing Zhang, Magnetoelectric phase transition driven byinterfacial-engineered Dzyaloshinskii-Moriya interaction, Nature Communications12, 5453 (2021).
高温超导方向
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3. Kou SP,Fermion zero modes around skyrmions in thet'-J model,MOD. PHYS.LETT B 17, 871(2003) .
4. Kou SP, QIXL,Weng ZY,MutualChern-Simons effective theory of doped antiferromagnets,PHYS. REV. B 71,235102(2005).
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6. YangF, KouSP,Growth of asinglestripe and a stripe phasefrom in dividual holes in the low-doping regime of astrongly correlatedelectron system,PHYS.REV. B 72, 085134 (2005).
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8. KouSP, TaoLi, and Weng ZY, Coupled Local Moments and Itinerant Electrons in Iron-BasedSuperconductors, EUR. PHYS. LETTS, 88,17010 (2009).
9. YangF, KouSP and Weng ZY, Collective spin mode in a multicomponent system ofcoupled itinerant and localized electrons,PHYS. REV. B81, 245130(2010).
10. You YZ, Yang F, Kou SP,WengZY, Magnetic and superconducting instabilities in a hybrid model ofitinerant/localized electrons for iron pnictides, PHYS. REV. B 84,054527(2011).
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冷原子中的多体物理方向
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11. Kou SP, Topological Interplaybetween Knots and Entangled Vortex-Membranes, arxiv: 1706.06879,published as achapter in book “Superfluidsand Superconductors”.
12. Kou SP, Kelvin wave and knotdynamics on entangled vortices, INT. J. MOD. PHYS, Vol. 31 (2017)1750241(86pages).
13. Kong, Xiao; He, Jing;Liang, Ying, KouSP, Tunable Weyl semimetal and its possible realization in opticallattices, PHYS. REV.A95, 033629 (2017).
14. Wu,Ya-Jie; Zhou,Wen-Yan; KouSP, Bogoliubov excitations in the Bose-Hubbard extension of a Weylsemimetal, PHYS. REV.A95, 023620 (2017).
15. Wu, Ya-Jie; KouSP,Fractionalizedflux, Majorana fermions and non-Abelian anyons in topological superfluid onoptical lattices, EPL, 116, 13002 (2016).
16. Wu, Ya-Jie; Li, Ning; KouSP,Majorana modes and topological superfluids for ultracold fermionic atoms inanisotropic square optical lattices, Eur. Phys. J. B 89, 282 (2016).
17. Wu, Ya-Jie; Li, Ning; Zhou,Jiang, KouSP, Jing Yu, Majorana modes and s-wave topological superfluids in ultracoldfermionic atoms, J. Phys.B-ATOMIC MOLECULAR ANDOPTICAL PHYSICS, V49,185301(2016).
18. Chang NN, JingWQ, Zhang Y, Zhang AX , JK, Kou SP, Collapses-revivals phenomenainduced by weak magnetic flux in diamond chain, Chinese physics B.29,010306(2020).
介观物理方向
1. KouSP,Liang JQ, Zhang YB, et al., Crossover from thermal hopping to quantum tunnelingin Mn12Ac, PHYS.REV. B 59, 6309 (1999).
2. Kou SP,Liang JQ, Zhang YB, et al., Macroscopic quantum coherence in mesoscopicferromagnetic systems, PHYS. REV. B59, 11792(1999).
3. ZhangYB, NieYH, Kou SP, et al., Periodic instanton and phase transitioninquantum tunneling of spin systems, PHYS.LETT. A 253, 345(1999).
4. Zhang YB,Liang JQ,Muller-Kirsten HJW, Kou SP, Wang XB and Pu FC,Quantum-classical phase transition of escaperates inbiaxial spin particles, PHYS. REV. B 60, 12886(1999).
5. Zhu JL,Lu R, KouSP, et al.,Resonant quantum coherence of magnetizationat excitedstates in nano-spin systems with different crystal symmetries, EUR. PHYS. J B 16,507 (2000).
6. Lu R, Kou SP, ZhuJL, et al.,Magnetizationquantum tunneling at excitedlevels for a biaxial spin system in an arbitrarily directed magnetic field,PHYS. REV. B62, 3346(2000).
7. Jin,YH, Kou, SP,Liang, JQ, et al.,Deviation ofcoherent state caused by dissipation,MOD.PHYS.LETT. B 14, 267(2000).
8. Kou, SP, Liang,JQ, Pu, FC,Effective Landau theory for crossover fromthermal hopping to quantum tunneling,J PHYS-CONDENS.MAT. 13, 2627(2001).
9. Kong, Xiao, He, Jing, Li,Yang, Liang Ying, Kou SP, Magnetic interactions betweenvacancy-induced intrinsic magnetic impurities in single-wall carbonnanotubes,Eur. Phys. J. B V89, 205 (2016).
量子场论方向
1. Liang LQ,Müller-Kirsten HJ, Zhang YB, Shurgaia AV, Kou SP, and Park DK,Periodic bounce for the nucleation rate atfinitetemperature in minisuperspace models,PHYS. REV. D62, 025017,(2000).
2. Kou SP,The relation between chiral symmetry spontaneouslybreaking and confinement in QED,INT JMODPHYS A 16, 2253(2001).
3. Kou SP,Quark-confinement mechanism for SU(2)Yang-Mills theory inabelian gauge,EUR. PHYS. J C19, 113(2001).
4. Kou SP,The mechanism of Migdal recursion relation and phasediagrams of Yang-Mills Fields, MOD.PHYS. LETT. A 18, 1837(2003).
5. Kou SP,Dual gauge structure and supersymmetry in fermionic-sigmamodel,MOD. PHYS.LETT. A20, 1915 (2005).
相关科研领域简介:
1. 拓扑量子态简介:
拓扑绝缘体的发现源于能带电子的量子霍尔效应。Thouless等人论证了可以用所谓的第一陈类来刻画其拓扑特性。由于第一陈类是拓扑数,人们将这类系统称为拓扑绝缘体。拓扑绝缘体的体电子态是有能隙的绝缘体,而其边界则是无能隙的金属态。实验中二维、三维拓扑绝缘体的发现使得该领域成为当今凝聚态物理学的热点领域之一。最早提出的拓扑超导是研究高温超导体时提出的dx+idy手征超导体,由于高温超导体被证实为d波超导,所以相关研究停滞多年。后来,人们认识到px+ipy手征超导体的涡旋具有非阿贝尔统计,可以用于拓扑量子计算,在实验上,除了He3超流的B相,人们还没有找到拓扑超导体(拓扑超流体)。1994年Hashimoto 等人发现了Sr2RuO4材料具有超导性质。它的Tc虽然只有1 K,但是由于可能具有px+ipy手征序参量,人们开始关注这类材料。人们还提出了其它方案是实现拓扑超导体,包括三维强拓扑绝缘体和s-波超导体的界面近邻效应、3D拓扑绝缘体和准一维s-波超导体的近邻效应等。
最近,人们发现:具有无能隙体元激发的多电子系统也可能具有非平庸的拓扑属性。和普通金属相比,拓扑半金属具有特殊的能带交叉点。这些能带交叉点构成了晶格动量空间的拓扑结构。利用动量空间不同的拓扑结构进行分类,拓扑半金属可以分为拓扑狄拉克半金属,外尔(Weyl)半金属和Node-Line半金属。对于外尔半金属,动量空间存在若干个磁单极子。因此,其费米面缩小为费米点,能隙为0,具有线性色散关系。这样的外尔半金属呈展出奇妙的物性,如:体态具有动量空间的磁荷,表面态具有费米弧(Arcs),反常霍尔效应,手征反常,负磁阻效应等等。对于外尔半金属,由于受到拓扑保护,两个具有相反手性的外尔电子态之间的散射很弱。这种独特的物理特性有助于研发具有高效率低能耗的新型芯片,对室温低能耗电子学器件的应用具有潜在的价值。
拓扑序(Topological Order)作为第一类拓扑量子态,它的发现和认识大大拓宽了人们对物态的认识。拓扑序具有奇特的拓扑属性:拓扑简并、手征边缘态、分数统计等。由于所有元激发都有能隙,拓扑序具有稳定的物理性质。分数量子霍尔效应是凝聚态物理中发现的第一种拓扑序。另一方面,要使量子计算成为现实,一个核心问题就是克服退相干以保持量子相干性。因此,依托于新奇量子态的拓扑量子计算被提了出来。如Kitaev在1997年提出的拓扑自纠错方案正是基于具有“非阿贝尔任意子”的新奇量子态。
2. 非厄米物理系统:
在量子力学中,由于系统能量的测量值只能是实数,人们一直以来都在研究厄米系统的性质。1998年,Bender和Boettcher发现具有宇称-时间反演对称(PT -对称)的非厄米哈密顿量也可以存在全为实数的能谱。这一发现使得具有PT对称性的非厄米系统受到关注。近年来,实验和理论的进展极大地促进了非厄米量子力学的发展。由于光学技术、量子调控技术的进步,人们在越来越多的物理系统(如, 开放量子系统,自旋模型,光学系统,声学系统, 冷原子系统)中实现了PT对称的非厄米系统。
目前,非厄米拓扑系统的研究方兴未艾,成为另一个物理学热点研究方向。人们发现非厄米性会带来一系列新奇的拓扑现象。2018年,基于K理论,人们对不同对称性的非厄米系统中的拓扑能带进行了系统的研究,发现将非厄米量子系统的拓扑能带不同于传统厄米量子系统中的十类拓扑能带(ten-fold way), 有三十八种不同的对称性保护的拓扑能带。
3. 强关联电子系统和高温超导体简介
强关联电子系统的研究是理论凝聚态物理最重要的研究领域之一,由于电子之间的强相互作用,导致很多出人意料的新的物理效应。如:高温超导体、二维电子气中的分数量子霍尔效应、锰氧化物材料中的巨磁阻效应、重费米子系统、二维高迁移率材料中的金属-绝缘体相变、量子相变和量子临界现象、一维导体中的电荷密度波现象等,涉及到许多新的物理图象和概念,例如分数统计、电荷自由度与自旋自由度相分离、复合费密子和复合玻色子、量子相变和量子临界点、非对角长程序等。这方面的研究将会对物理学及其交叉学科的多个领域产生深远影响。
高温超导体是重要的强关联电子系统。1986年,缪勒和伯德奴斯发现钡镧铜氧化物的临界温度达到30K。他们因此获得1987年诺贝尔物理学奖。之后,科学家相继发现了许多铜氧化物高温超导材料。现在铜氧化物高温超导体的临界温度已达到130K左右,为人类挖掘超导电性所隐藏的宝藏开辟了广阔的前景。然而,它却对解释超导机制的BCS理论是一次严峻的挑战!随着超导单晶质量的提高和测量技术的改进,一些铜氧化物高温超导体的本质属性被新的实验不断揭示出来,都显示出一个复杂的强关联电子系统行为。这些新结果进一步明确了一个观点:一些凝聚态物理中标准的概念和图象需要发展甚至修改,包括BCS超导理论和费米液体理论。这样铜氧化物高温超导机制的研究提供了新的机遇。
4. 玻色-爱因斯坦凝聚和冷原子简介
1924年,印度物理学家玻色和爱因斯坦预言,如果将这类原子气体冷却到非常低的温度,那么所有原子会突然进入最低能态,物质的这一状态后被称为玻色-爱因斯坦凝聚。在爱因斯坦预言的70年后,也就是到了1995年,两名美国科学家康奈尔和维曼以及德国科学家克特勒分别在极为接近绝对零度的条件下首次通过实验证实了玻色-爱因斯坦凝聚的存在。这三位科学家也因此而荣膺2001年度诺贝尔物理学奖。
玻色-爱因斯坦凝聚体所具有的奇特性质,使它不仅对基础研究有重要意义,而且在很多领域都让人看到了非常美好的应用前景。凝聚体中的原子几乎不动,可以用来设计精确度更高的原子钟。凝聚体具有很好相干性,可以用于研制高精度的原子干涉仪。原子激光也可能用于集成电路的制造,大大提高集成电路的密度和电脑芯片的运算速度。凝聚体还被建议用于量子信息的处理,为量子计算机的研究提供另外一种选择。 由于冷原子系统可以模拟没有杂质和缺陷的不同维度、不同对称性的晶格,所以成为人工制造新物态的试验平台。 2002年实验上在人工光学晶格中实现了早些年理论中预言的玻色Hubbard模型的Mott绝缘体-超流转变。这不仅有重要的理论价值,而且作为一种新型的量子开关促进了量子器件和量子计算机的开发研制工作。《自然》杂志发表评论认为,这一发现在玻色-爱因斯坦凝聚研究中具有"里程碑性质"。接着,奥地利和美国的两个研究小组,利用费米子而不是玻色子分别得到了玻色-爱因斯坦凝聚态物质。这项研究将玻色-爱因斯坦凝聚的研究与超导研究联系在一起,有可能开创一个全新的研究时代,帮助科学家更深入地了解高温超导的秘密。