自旋规范场：从 Berry 相到拓扑自旋输运与霍尔效应

本文考察了由具有 n 个不同本征值矩阵哈密顿量描述的自旋粒子在演化过程中规范场的涌现。表明通过引入自旋规范场，带自旋的粒子可描述为处于非阿贝尔纯规范（无力）场 U(n) 中的自旋多重态标量粒子。由此可建立关于群 U^n(1) 规范不变的粒子演化理论。由于这一点，在绝热（阿贝尔）近似下，自旋规范场是粒子扩展相空间上 n 个电磁场 U(1) 的类似物。这些场是有势力的，其作用力进入本文以一般形式导出的粒子运动方程。运动方程描述拓扑自旋输运、泵浦与分裂。Berry 相在该理论中类比于粒子在电磁场中的 Dirac 相表示。由于与电磁场的类比，该理论以四维形式变得自然。除一般理论外，文章还考虑了一些重要的特例，包括已知和新的。