非厄米狄拉克锥的谷依赖寿命：实现超强谷选择规则与单向拓扑态

研究人员针对传统狄拉克准粒子研究中厄米性假设的局限性，提出非厄米石墨烯模型，通过非互易次近邻耦合实现K/K'谷依赖寿命的狄拉克锥。实验证明该体系在稳态下仅保留单一谷态，实现自动谷选择；同时边界态呈现单向传播特性，为谷电子学器件设计提供新思路。相关工作发表于《Nature Communications》。

　　

在凝聚态物理领域，狄拉克准粒子因其独特的相对论性行为一直是研究热点。传统理论认为这些准粒子必须用厄米哈密顿量描述，非厄米性通常被视为有害因素。然而，这种固有认知正在被打破——最新研究表明，狄拉克准粒子完全可以存在于非厄米体系中，并展现出前所未有的物理特性。

浙江大学、香港大学与香港中文大学的研究团队通过理论设计和电路实验，首次实现了具有谷依赖寿命的非厄米狄拉克锥。这项突破性工作发表在《Nature Communications》上，揭示了非厄米性如何赋予狄拉克准粒子全新的调控维度。研究人员构建了包含非互易次近邻耦合的石墨烯晶格模型，发现K和K'谷的狄拉克锥具有共轭的虚部本征值，导致两个谷态的寿命存在显著差异。这种特性使得系统在稳态下仅保留单一谷态，无需任何特殊激发条件即可实现"自动谷选择"。

研究采用的关键技术包括：1）基于负阻抗转换器（INIC）的非互易电容耦合电路设计；2）六边形晶格PCB（印刷电路板）的精密加工；3）矢量网络分析仪对电压响应的空间傅里叶变换测量；4）引入全局耗散电阻（R_s）确保系统稳定性。

模型设计与实现

研究团队提出具有实非互易次近邻耦合的石墨烯模型（图1c），其布洛赫哈密顿量包含t₂±δ的非厄米耦合项。理论计算显示，K和K'谷的狄拉克锥具有相反符号的虚部本征值（图1d），对应有效哈密顿量中的τ3√3iδσ₀项。这种谷依赖的非厄米性由时间反演对称性（TRS）保证，与Haldane模型中的实规范场形成鲜明对比。

2±δ。(d)计算得到的复能带结构，颜色表示本征值虚部。'>

无质量狄拉克锥观测

通过设计C_a=C_b=100 nF的电路晶格（图2a），实验测得K谷主导的傅里叶强度分布（图2d-e）。在215-235 kHz频率范围内，谷极化度P≈1（图2f），证实了理论预测的宽频带单谷态特性。

有质量狄拉克锥特性

引入C_a≠C_b的格点质量调控后（图3a），系统仍保持单谷选择特性。在222 kHz和200 kHz激发下，实验观测到相反手性的相位涡旋（图3e），验证了谷依赖的轨道磁矩效应。

拓扑谷扭结态

构造具有相反质量的异质结时（图4a），边界态展现出谷锁定的寿命差异。实验测量显示，仅在激发端同侧的kink态能够传播（图4b），实现类似手性边缘态的单向传输，但其物理机制源于非厄米性而非陈数。

谷间散射抑制

在armchair界面研究中（图5a），随着非厄米参数C₂/C₁增加，系统经历宇称-时间（PT）相变，最终恢复无能隙边界态（图5c）。实验测得向上/向下传播的不对称性达90%（图5f），显著优于传统厄米体系。

这项研究开创性地将狄拉克准粒子引入非厄米体系，其重要意义体现在三方面：首先，提出的自动谷选择机制为谷电子学器件设计提供了全新思路；其次，非厄米边界态的单向传播特性有望用于低损耗信号传输；最后，该工作为探索三维非厄米外尔物理奠定了基础。研究团队特别指出，这种非厄米调控策略可推广至光学、声学等波动物理系统，具有广阔的交叉应用前景。