物理与材料科学学院量子物理研究团队张禧征在《Physical Review B》上发表论文“Dynamic magnetization in non-Hermitian quantum spin systems”,该论文揭示了量子自旋系统中局域外场所诱导的动力学磁化现象。

            Phys. Rev. B 101. 224301 (2020)

海森堡模型作为描述Hubbard模型在半满填充时基态以及低能激发态行为的有效模型在量子磁性理论中取得了巨大的成功。随着冷原子实验以及单格点分辨技术的进展，人们已经可以在光晶格超冷原子实验中模拟海森堡模型并成功观测到了系统的铁磁以及反铁磁等磁性性质并成功的实现了对系统磁性的操纵。另一方面，量子模拟实验中所涉及到的系统基本上都是耗散系统，描述其动力学行为的有效哈密顿量都不再具备厄米特性。系统的耗散不可避免的导致量子态的退相干行为。然而最近的研究表明，人们可以通过有效的耗散去实现对量子态的测量以及操纵、制备。这些新的思想为耗散系统中操纵量子态奠定了重要基础。我们受此启发，详细的研究了外场下自旋系统的动力学行为。我们发现临界外场可以诱导单个自旋的磁化。如果系统不存在相互作用，那么一个全局的复数磁场可以诱导所有的自旋沿着特定的取向。这一现象与厄米外场有着重要的区别，在厄米系统中，磁场只会导致自旋沿着布洛赫（Bloch）球做周期性的旋转。基于此，我们利用自旋之间的彼此关联提出了通过局域磁场控制系统整体磁性的方案。具体来说，我们将临界磁场施加在单个自旋中，系统通过自然演化将会使所有的自旋趋向于单个自旋的磁化方向。利用这一特性，我们在时间域上实现了磁滞回线，通过磁滞回线的高度、宽度、面积等性质可以客观的反映系统的耗散等特征量。除此之外，我们发现磁滞回线的构型对初始态的选择也非常敏感，我们可以通过这一事实为量子探测提供必要的理论基础。

该工作近期被美国物理学会学术期刊《Physical Review B》接收发表（Phys. Rev. B 101. 224301 (2020)）。天津师范大学副教授张禧征为第一作者，南开大学教授宋智、金亮为通讯作者。该成果得到了国家自然科学基金面上项目（11975126）、天津市高等新鼎娱乐创新团队—“量子物理”（TD13-5077）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.224301