論文の概要: Emergent non-Hermitian boundary contributions to charge pumping and electric polarization

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2106.14173v2
• Date: Sun, 11 Jul 2021 08:03:42 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-24 23:25:46.893165
• Title: Emergent non-Hermitian boundary contributions to charge pumping and electric polarization
• Title（参考訳）: 電荷励起と電偏光に対する創発的非エルミート境界寄与
• Authors: K. Kyriakou and K. Moulopoulos
• Abstract要約: 電荷ポンプが材料の境界とどのように結びついているかを示す。 また、電子分極変化が非エルミート的寄与を付加することも示している。 我々は、よく定義された曲面電荷定理が境界非エルミート寄与の観点から定式化できることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The phenomenon of charge pumping and the modern theory of electric polarization are reconsidered by analytically taking into account emergent non-Hermitian contributions. These are accounted for through the use of an extended definition of the velocity operator and are determined by means of a dynamic Hellmann-Feynman theorem (DHFT) that we derive here for the first time. The DHFT introduces generalized Berry curvatures and it is valid for calculating observables nonperturbatively, hence with results valid to all orders of the external fields. By using the extended velocity operator we rigorously show how the charge pumping is linked up with the boundaries of the material (with the non-Hermiticity being essential for this connection), and by means of the DHFT we show that the well-known topological quantization of the pumped charge breaks down due to a nonintegrable Aharonov-Anandan phase in driven non-equilibrium processes whenever the periodic gauge cannot be applied to the Floquet-Bloch states. Likewise, we show that the electronic polarization change has an additional non-Hermitian contribution, which is overlooked in the modern theory of electric polarization. The non-Hermitian contribution is by definition a bulk quantity that may equally be evaluated as a boundary quantity due to a symmetric structure that allows the bulk integration to be transformed into a boundary one. This non-Hermitian contribution is very sensitive to the realistic boundary conditions imposed on the wavefunctions and it is therefore expected to be significant in biased insulators where charge accumulation over their boundaries is present during the process that causes the polarization change. Finally, we show how a well-defined surface-charge theorem can be formulated in terms of the boundary non-Hermitian contribution.
• Abstract（参考訳）: 電荷ポンプ現象と現代の電気偏光理論は、創発的非エルミート的貢献を考慮した解析的に再考される。 これらは速度作用素の拡張定義を用いて説明され、ここで初めて導かれる動的ヘルマン=ファインマンの定理(DHFT)によって決定される。 DHFTは一般化されたベリー曲率を導入し、観測可能量の非摂動計算には有効である。 拡張速度演算子を用いて、電荷ポンプが材料の境界とどのように結びついているか(この接続には非ハーミティティーが不可欠である)を厳密に示し、DHFTにより、周期ゲージがフロケ・ブロッホ状態に適用できないとき、駆動非平衡過程における非可積分アハロノフ・アンダン相により、励起電荷のよく知られた位相量子化が崩壊することを示す。 同様に、電子分極変化は、現代の電気分極理論では見過ごせない、追加の非エルミート的寄与を持つことを示す。 非エルミート寄与は定義によって、バルク積分を境界量に変換する対称構造により等しく境界量として評価できるバルク量である。 この非エルミート的寄与は、波動関数に課される現実的な境界条件に非常に敏感であり、偏極変化を引き起こす過程中に境界上の電荷蓄積が存在する偏光絶縁体において重要であることが期待される。 最後に、よく定義された曲面電荷定理が境界非エルミート寄与の観点から定式化できることを示す。

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