論文の概要: A unified framework for exceptional point pairs in non-Hermitian two-level systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.09129v1
• Date: Thu, 11 Sep 2025 03:57:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-12 16:52:24.220405
• Title: A unified framework for exceptional point pairs in non-Hermitian two-level systems
• Title（参考訳）: 非エルミート二層系における例外点対の統一的枠組み
• Authors: Jung-Wan Ryu, Jae-Ho Han, Chang-Hwan Yi,
• Abstract要約: 非エルミート系における例外点 (EPs) は固有値と固有ベクトルが同時に結合する分岐特異点である。 本研究では,EPをホストする2レベル非エルミート系におけるエレジネギーブレイディングとベリー相蓄積の相互作用について検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.43331379059769387
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Exceptional points (EPs) in non-Hermitian systems are branch singularities where eigenvalues and eigenvectors simultaneously coalesce, leading to rich topological phenomena beyond those in Hermitian systems. In this work, we systematically investigate the interplay between eigenenergy braiding and Berry phase accumulation in two-level non-Hermitian systems hosting pairs of EPs. EP pairs are classified into four distinct classes according to the vorticity of eigenenergies, the Berry phase accumulated during encircling, and the eigenstate projection onto a basis state. Their associated topological structures are analyzed using effective two-level models. These classifications are further substantiated by numerical simulations in optical microcavities with three scatterers, where EPs emerge in the complex frequency spectrum. By encircling different EP pairs in parameter space, we demonstrate that the resulting topological features such as trivial or non-trivial braiding and Berry phase accumulation are directly linked to the vorticity structure and eigenmode evolution. In particular, we show that the eigenstate projection onto a basis state near EPs manifests as chiral optical modes in microcavities, providing an experimentally accessible signature of the underlying topological structure. Our results provide a unified framework for understanding multi-EP topology and offer practical pathways toward their realization and control in photonic systems.
• Abstract（参考訳）: 非エルミート系における例外点 (EPs) は、固有値と固有ベクトルが同時に結合する分岐特異点であり、エルミート系以外の豊富な位相現象をもたらす。 本研究では,EPのペアをホストする2レベル非エルミート系におけるアイジェネギーブレイディングとベリー相蓄積の相互作用を系統的に検討する。 EP対は, 固有エネルギーの渦度, 包囲中に蓄積したベリー相, 基底状態への固有状態投射の4つの異なるクラスに分類される。 それらのトポロジ構造は、効果的な2レベルモデルを用いて解析される。 これらの分類は、EPが複雑な周波数スペクトルに現れる3つの散乱器を持つ光学マイクロキャビティの数値シミュレーションによってさらに裏付けられている。 パラメータ空間に異なるEP対を囲むことにより、自明あるいは非自明なブレイディングやベリー相の蓄積といった結果として生じる位相的特徴が、渦構造と固有モードの進化に直接関連していることが示される。 特に, EPs近傍の基底状態への固有状態投影は, マイクロキャビティにおけるキラル光学モードとして現れ, 基礎となるトポロジ構造が実験的にアクセス可能であることを示す。 本研究は,マルチEPトポロジを理解するための統一的なフレームワークを提供し,フォトニックシステムにおけるその実現と制御に向けた実践的な経路を提供する。

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