对称性有关的新奇物理现象 | 前沿快讯No.7

编者按

中国物理学会官方微信公众号本着“传播科学精神，服务科研工作者”的宗旨，特开设“前沿快讯”栏目，选录近期发表的前沿文章，对文中摘要和引言进行中文导读。由于译者水平有限，难免出现不准确之处，请通过留言批评指正。留言经编辑确认后，将及时进行勘误说明，供后来浏览者参考。

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电场调控手性

在所有由对称性破坏所导致的基本物理现象中，手性可能是最奇特和最普遍的。手性可以被定义为一个不对称的构型属性，其中一个物体不能叠加在它的镜像上，从而赋予了一种手性。手性决定了自然界中许多重要性质的基本特征，从电弱理论中的弱相互作用的强度，到亚原子粒子物理或生物物理中自发对称破缺中的基本作用。一个基本的例子是生命本身的基石，它由具有手性的左型氨基酸分子组成的，只能将具有另一种手性d-葡萄糖转化为基本的能量来源。手性也可以出现在无机系统中，比如破坏时间反演对称性的铁磁体。这些极性结构作为一种很有前途的自旋结构模拟物，近年来引起了广泛的关注。

本文作者加州大学伯克利分校Piush Behera，科罗拉多大学博尔德分校Molly A. May，塔布里亚大学Fernando Gómez-Ortiz等人合作，利用基于光学二次谐波的圆二色性，实现了利用外加电场对铁电涡旋中尺度区域的手性进行了稳定、可逆地控制。手性的微观起源，手性切换地路径，以及电场控制机制均可以利用相场建模和第二性原理模拟进行理论解释，同时可以在实验上检测施加外磁场下涡旋的微观响应。从非手性材料的组合中产生的手性以及随后利用电场进行控制对基于外场可控地手性序参量的新型电子学具有深远的意义。

相关研究成果以Electric field control of chirality为题，发表在《科学进展》 Science Advances 8, eabj8030 (2022)上。

原文链接：

https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.abj8030

2

磁性外尔半金属相

具有非平凡拓扑能带结构的量子材料在凝聚态物理中迅速发展成为中心主题，最近的焦点已经转移到寻找和发现无间隙拓扑化合物，其低能能带结构可以用三维空间中的外尔或狄拉克费米子描述。迄今为止，已经在一些空间反演对称破缺的材料中实现了拓扑外尔半金属的清晰观测，并利用第一性原理计算进行识别和分类。电子相互作用和强自旋轨道耦合之间的相互作用能产生大量新奇的拓扑态，其中特别有趣的是最初在铱氧化物烧绿石结构中提出的磁性外尔半金属，但只能在薄膜中观测它们的拓扑性质。然而，迄今为止，由于缺乏可用的单晶和薄膜的质量不足，对这些奇异相的直接实验观测仍然难以实现。

本文作者罗格斯大学Xiaoran Liu和Shiang Fang在（111）取向的Eu2Ir2O7高质量外延薄膜中报道了磁性外尔半金属相的特征。他们观察到一种本征的反常霍尔效应，具有巨大的矫顽力，但没有净磁化强度。这个相出现在一个特殊的具有全面(AIAO)反铁磁序的磁相开始之下。反常霍尔电导率实验与理论预测一致，可能产生于费米面附近作为源和漏的外尔节点对产生的非零贝里曲率，其来源是薄膜的顶部和底部末端被打破的立方晶体对称。

相关研究成果以Magnetic Weyl Semimetallic Phase in Thin Films of Eu2Ir2O7为题，发表在《物理评论快报》 Physical Review Letters 127, 277204 (2021)上。

原文链接：

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.127.277204

3

非厄米反常贝里连接引起的反常输运

非厄米物理学最近成为物理学各个分支研究的热点之一，包括光学、声学、冷原子系统以及凝聚态材料。哈密顿量中存在的非厄米项，比如增益和损耗，能够导致厄米体系中没有对应物的新奇能带结构，比如点状或者环状能带。最近的研究表明，由于准粒子有限的寿命，非厄米物理也可以出现在无序或者强关联的体系中。非厄米材料不仅可以表现出奇异的能带结构，还可以表现出布洛赫电子半经典运动方程非厄米反常贝里连接所引起的反常速度。这促使研究人员去思考输运现象是如何在非厄米系统中进行修正的。

本文作者清华大学王炅昊在徐勇教授的指导下，从理论上证明了由外部直流或交流电场驱动的反常振荡产生于非厄米反常贝里连接。此外，众所周知，电波函数的几何结构只能影响霍尔电导率，但是作者惊奇地发现了一个非厄米反常贝里连接引起的反常线性纵向电导率与散射时间无关。同时非厄米反常贝里连接还可以引起二阶非线性纵向电导率的出现，违反了常规的厄米系统中二阶非线性纵向电导率缺失的事实。这些异常现象利用一个具有大的非厄米反常贝里连接的赝厄米特系统中进行了说明，并提出了一种在光学系统中实现反常振荡的实用方案。

相关研究成果以Anomalous Transport Induced by Non-Hermitian Anomalous Berry Connection in Non-Hermitian Systems为题作为Express Letters发表在《中国物理快报》Chinese Physics Letters 39 010301 (2021)上。

原文链接：

http://cpl.iphy.ac.cn/10.1088/0256-307X/39/1/010301#1

编译：不言

排版：不言

美编：农民

责编：理趣

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