V tej disertaciji obravnavamo kvantne geometrijske faze, interakcijo spin-tir, topologijo in kvantno dinamiko v treh različnih sistemih: odprti kvantni spin-bozonski modeli, nelinearen optični odziv v topoloških polkovinah in sintetične topološke faze v Josephsonovih stikih.
V prvem delu obravnavamo spektralni problem lastnih vrednosti in problem začetnih vrednosti za Lindblad-Gorini-Kossakowski-Sudarshanovo enačbo, ki opisuje odprti kvantni sistem bozonov in spinov, kjer so Hamiltonijan in Lindbladovi operatorji kvadratični oziroma linearni v bozonskih operatorjih, spini pa se z bozoni sklapljajo preko medsebojno komutirajočih spinskih operatorjev. Podrobneje obravnavamo primer odprtega spin-bozonskega modela, ki opisuje spinski kubit v prisotnosti Rashbove sklopitve spin-tir, pri čemer je kubit ujet v gnano harmonično past in sklopljen s termalno kopeljo.
V teoriji elektronskih pasov interakcija spin-tir odpravlja degeneracijo energijskih pasov. Slednje je pomemben dejavnik pri iskanju topoloških materialov, kar vključuje Weylove polkovine. V drugem delu disertacije raziskujemo generiranje anomalnih višjih harmonikov v modelu, ki vključuje prehod iz Weylove polkovine z zlomljeno simetrijo na obrat časa v semi-Diracov režim, tj. polkovino brez energijske reže in z disperzijo, ki je v eni smeri parabolična in v drugih dveh linearna. Predstavimo, da je intenziteta induciranih anomalnih višjih harmonikov visoka v semi-Diracovem režimu. Za Weylove polkovine pokažemo, da so anomalni višji harmoniki posledica vzbujanj pri momentih, kjer disperzija ni strogo linearna, in da je v linearizirani nizkoenergijski teoriji anomalni odziv le harmoničen.
V tretjem delu preučujemo dvoterminalni Josephsonov stik s konvencionalnimi superprevodniki in normalnim območjem z Rashbovo sklopitvijo spin-tir, ki jo karakterizirata dve neodvisni Aharonov-Casherjevi (AC) fazi. Ko je superprevodna fazna razlika enaka $\pi$, lahko spekter vezanih stanj Andrejeva vsebuje Weylove singularnosti z ničelno energijo, ki so hkrati povezane z ničelno refleksivnostjo v nesuperprevodnem stanju sistema. Z eno od AC faz, ki igra vlogo kvazimomenta, lahko stik obravnavamo kot sintetični enodimenzionalni kiralni topološki izolator. Topološko fazo lahko spreminjamo s prehodom skozi Weylovo singularnost s spreminjanjem preostale AC faze. Če obravnavamo superprevodno fazno razliko kot dodatno komponento kvazimomenta, realiziramo sintetični Chernov izolator. Na koncu predlagamo protokol za določitev zaobjetega topološkega naboja z merjenjem superprevodnih in spinskih tokov skozi sistem.
|