量子蜕变:多尺度系统中可编程涌现与体-边二分性的瓦解

多尺度协同——即系统特征长度、时间与能量尺度间的相互作用机制——正成为贯通当代多个科学领域的统一脉络。从摩尔超晶格材料、冷原子体系到DNA模板超晶格与嵌套光子网络,多尺度协同催生了单一尺度无法实现的奇异行为。然而此前缺乏一种通用框架,能通过编程跨尺度相互作用来调控光谱特征、输运性质与拓扑结构。本研究将多尺度协同从附带现象提升为涌现效应的普适设计原则,具体提出了一种适用于层级嵌套晶格(HNLs)的尺度可编程框架。该框架可实现“量子相变态”(QuMorph)——通过无量纲调控参数α(相对跃迁强度)驱动系统依赖特性间的连续演变。研究团队以具体HNL体系为例,证明当α变化时,其能谱会经历从整数量子霍尔态到反常量子霍尔态的蜕变,其间穿越具有激增微型能隙的“茧化区”。这种多尺度混合产生了多重新效应,包括混合边态-体态、尺度依赖拓扑性、拓扑嵌入平带及孤立边缘带。该工作提出采用商用耦合谐振腔阵列实现的光子学方案,勾勒出映射QuMorp的空间-光谱特征,并探索了其在多时间尺度非线性光学中的应用。此项研究为多尺度涌现效应的工程化调控建立了一个可扩展、可编程的范式。
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提交arXiv: 2025-11-17 19:00

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