[论文解读] Topological waves and odd viscosity in chiral active fluids and plasmas

Anton Souslov, Vincenzo Vitelli+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2018

Quantum, superfluid, helium dynamics被引用 1

一句话总结

本文研究了手性活性流体和电浆中拓扑密度波与反常粘度之间的相互作用，表明大反常粘度可使通过边缘波穿透深度和分布测量横向响应成为可能。研究证明，在真实电浆和合成手性活性流体中，可通过实验探测到具有拓扑鲁棒性的边缘波，其中活性与旋转可类比于温度和磁场效应。

ABSTRACT

Two-dimensional fluids with broken chiral and time-reversal symmetries can concurrently exhibit two exotic phenomena in their linear response: topologically protected density waves and an anomalous transport coefficient called odd viscosity. We explore the interplay between these phenomena in the acoustic spectrum of a minimal model that describes two types of two-dimensional classical fluids: a magnetized one-component plasma with screened interactions and a chiral active fluid. We show that for large odd viscosity, this transverse response coefficient can be measured via the penetration depth and profile shape of the topologically robust edge waves. We then discuss the relevant regimes for the observation of such edge waves within experimentally realizable plasmas and in synthetic chiral active fluids in which activity and rotation mimic the effects of temperature and magnetic field, respectively.

研究动机与目标

• 理解二维手性流体中拓扑密度波与反常粘度共存及相互作用的机制。
• 为具有屏蔽相互作用的手性活性流体和磁化单组分电浆构建一个最小模型。
• 识别可同时观测到拓扑边缘波与反常粘度的实验可访问参数区域。
• 建立反常粘度与拓扑保护边缘波空间分布之间的可测量关联。

提出的方法

• 为具有时间反演对称性与手性对称性破缺的二维手性流体构建最小流体动力学模型。
• 分析该模型的线性响应与声学谱，以识别拓扑保护的边缘模态。
• 推导系统中反常粘度与边缘波穿透深度及形状之间的关系。
• 将合成流体中活性与旋转的影响映射，以类比真实电浆中温度与磁场效应。
• 使用解析与数值方法，探索反常粘度占主导地位且边缘波特性可被测量的参数区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 在手性活性流体中，拓扑密度波与反常粘度如何共存并相互影响？
• RQ2 边缘波分布中哪些可观测特征可用于量化反常粘度？
• RQ3 在何种参数区域中，可在真实电浆与合成活性流体中实验观测到拓扑边缘波？
• RQ4 合成流体中的活性与旋转如何类比真实系统中温度与磁场的作用？

主要发现

• 大反常粘度导致明显的边缘波穿透深度与波形分布，可用于测量横向响应系数。
• 由于手性与时间反演对称性破缺，系统声学谱中出现具有拓扑鲁棒性的边缘波。
• 该模型预测了在真实磁化电浆与合成手性活性流体中均存在实验可访问的参数区域。
• 合成流体中的活性与旋转可有效类比温度与磁场，从而实现反常粘度效应的类比研究。