物理学 > 光学
[提交于 2025年11月17日
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标题: 量子蜕变:可编程的涌现与多尺度系统中体-边二分法的瓦解
标题: Quantum Metamorphosis: Programmable Emergence and the Breakdown of Bulk-Edge Dichotomy in Multiscale Systems
摘要: 多尺度协同作用——系统不同特征长度、时间和能量尺度之间的相互作用——正在成为许多当代科学分支中的统一线索。 从莫尔和超莫尔材料以及冷原子到DNA模板超晶格和嵌套光子网络,多尺度协同作用产生了在任何单一尺度上都无法获得的行为。 然而,缺乏一个能编程跨尺度相互作用以操控频谱、输运和拓扑的一般框架。 在此,我们将多尺度协同作用从副产品提升为新兴现象的通用设计原则。 具体而言,我们引入了一个可编程尺度的分层嵌套晶格(HNL)框架,该框架可以容纳量子形态变化(QuMorph)——一种由无量纲可调参数$α$(相对跃迁)控制的系统依赖特征的连续演化。 作为示例,我们展示了一个HNL,在其中随着$α$的变化,频谱从整数量子霍尔类似状态演变为异常量子霍尔类似状态,并经过一个具有大量小间隙的茧状区域。 这种多尺度混合产生了多种新现象,包括混合边缘-体态、尺度依赖拓扑、拓扑嵌入的平带以及孤立的边缘带。 我们提出了一种可行的光子实现方法,使用商用耦合谐振器阵列,概述了空间-频谱特征以映射QuMorph,并探索了多时间尺度非线性光学的应用。 我们的工作建立了一个可扩展和可编程的范式,用于工程多尺度的新兴现象。
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