चरण अंतरिक्ष क्रिस्टल

चरण अंतरिक्ष क्रिस्टल भौतिक प्रणाली की स्थिति है जो वास्तविक अंतरिक्ष के अतिरिक्त चरण-अंतरिक्ष में असतत समरूपता प्रदर्शित करती है। एकल-कण प्रणाली के लिए, चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल स्थिति संवृत क्वांटम प्रणाली के लिए हैमिल्टनियन की आइगेन-स्थिति अथवा विवृत क्वांटम प्रणाली के लिए लिउविलियन के आइगेन-संकारक को संदर्भित करती है। अनेक-निकाय प्रणालियों के लिए, चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल चरण-अंतरिक्ष में ठोस जैसी क्रिस्टलीय अवस्था है। चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल की सामान्य रूपरेखा ठोस अवस्था भौतिकी और संघनित पदार्थ भौतिकी के अध्ययन को गतिशील प्रणालियों की चरण-अंतरिक्ष में विस्तारित करना है। जबकि वास्तविक अंतरिक्ष में यूक्लिडियन ज्यामिति है, चरण-अंतरिक्ष क्लासिकल सिंपलेक्टिक ज्यामिति अथवा क्वांटम अविनिमेय ज्यामिति के साथ अंतर्निहित है।

चरण-अंतरिक्ष जालक

जॉन वॉन न्यूमैन ने अपनी प्रसिद्ध पुस्तक मैथमेटिकल फ़ाउंडेशन ऑफ़ क्वांटम मैकेनिक्स में, क्रमशः स्थिति और गति दिशाओं के साथ दो क्रमविनिमेय प्राथमिक विस्थापन संकारकों द्वारा चरण-अंतरिक्ष जालक का निर्माण किया, जिसे वर्तमान में वॉन न्यूमैन जालक भी कहा जाता है। यदि चरण-अंतरिक्ष को आवृत्ति-समय तल से प्रतिस्थापित किया जाता है, तो वॉन न्यूमैन जालक को गैबोर जालक कहा जाता है और सिग्नल प्रोसेसिंग के लिए इसका उपयोग व्यापक रूप से किया जाता है।

चरण-अंतरिक्ष जालक मूल रूप से वास्तविक अंतरिक्ष जालक से भिन्न होते है क्योंकि चरण-अंतरिक्ष के दो निर्देशांक क्वांटम यांत्रिकी में अविनिमेय होते हैं। परिणामस्वरूप, चरण-अंतरिक्ष में संवृत पथ के साथ गति करने वाली सुसंगत स्थिति अतिरिक्त चरण गुणक प्राप्त करती है, जो चुंबकीय क्षेत्र में गति करने वाले आवेश कण के अहरोनोव-बोहम प्रभाव के समान होती है। चरण-अंतरिक्ष और चुंबकीय क्षेत्र के मध्य घनिष्ठ संबंध है। वास्तव में, गति के विहित समीकरण को लोरेन्ज़-बल के रूप में भी पुनः अंकित किया जा सकता है जो वास्तविक चरण-अंतरिक्ष की सिंपलेक्टिक ज्यामिति को दर्शाता है

गतिशील प्रणालियों के चरण-अंतरिक्ष में, स्थिर बिंदु अपने प्रतिवेशी क्षेत्रों के साथ अराजक समुद्र में तथाकथित पोंकारे-बिरखॉफ द्वीप बनाते हैं जो चरण-अंतरिक्ष में श्रेणी या कुछ नियमित दो आयामी जालक संरचनाएं बना सकते हैं। उदाहरण के लिए, किक्ड हार्मोनिक ऑसिलेटर (केएचओ) के प्रभावी हैमिल्टनियन में किकिंग संख्या के अनुपात के आधार पर चरण-अंतरिक्ष में वर्गाकार जालक, त्रिकोण जालक और अर्ध-क्रिस्टलीय संरचनाएं भी हो सकती हैं। वास्तव में, किसी भी आरबिटरेरी चरण-अंतरिक्ष जालक को केएचओ के लिए उपयुक्त किकिंग अनुक्रम का चयन करके डिज़ाइन किया जा सकता है।

चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल (पीएससी)

चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल की अवधारणा गुओ एट अल द्वारा प्रस्तावित की गई थी और मूल रूप से समय-समय पर संचालित (फ्लोक्वेट) गतिशील प्रणाली के प्रभावी हैमिल्टन की आइगेन-स्थिति को संदर्भित करती है। इस पर निर्भर करते हुए कि इंटरैक्शन प्रभाव सम्मिलित है या नहीं, चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल को एकल-कण पीएससी और अनेक-निकाय पीएससी में वर्गीकृत किया जा सकता है।

एकल-कण चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल

चरण-अंतरिक्ष में समरूपता के आधार पर, चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल, चरण-अंतरिक्ष में $n$-फोल्ड घूर्णी समरूपता के साथ 1 आयामी (1डी) स्थिति हो सकती है या पूर्ण चरण-अंतरिक्ष में विस्तारित दो-आयामी (2डी) जालक स्थिति हो सकती है। संवृत प्रणाली के लिए चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल की अवधारणा को विवृत क्वांटम प्रणाली में विस्तारित किया गया है और इसे क्षणिक चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल का नाम दिया गया है।

Z_n पीएससी

चरण-अंतरिक्ष मूल रूप से वास्तविक अंतरिक्ष से भिन्न है क्योंकि चरण-अंतरिक्ष के दो निर्देशांक कम्यूट नहीं करते हैं, अर्थात, $[{\hat {x}},{\hat {p}}]=i\lambda$, जहाँ $\lambda$ आयामहीन प्लैंक स्थिरांक है। लैडर संकारक को ${\hat {a}}=({\hat {x}}+i{\hat {p}})/{\sqrt {2\lambda }}$ के रूप में परिभाषित किया गया है, जैसे कि $[{\hat {a}},{\hat {a}}^{\dagger }]=1$ है। भौतिक प्रणाली के हैमिल्टनियन ${\hat {H}}=H({\hat {x}},{\hat {p}})$ को लैडर संकारकों के फलन ${\hat {H}}=H({\hat {a}},{\hat {a}}^{\dagger })$ के रूप में भी लिखा जा सकता है। चरण-अंतरिक्ष में घूर्णी संकारक को ${\hat {T}}_{\tau }=e^{-i\tau {\hat {a}}^{\dagger }{\hat {a}}}$ द्वारा परिभाषित किया गया है जहाँ $\tau ={2\pi }/{n}$, $n$ धनात्मक पूर्णांक के साथ, प्रणाली में $n$-फोल्ड घूर्णी समरूपता या $Z_{n}$ समरूपता है, यदि हैमिल्टनियन घूर्णी संकारक $[{\hat {H}},{\hat {T}}_{\tau }]=0$ के साथ कम्यूट करता है, अर्थात,

$${\hat {H}}={\hat {T}}_{\tau }^{\dagger }{\hat {H}}{\hat {T}}_{\tau }\rightarrow H({\hat {a}},{\hat {a}}^{\dagger })=H({\hat {T}}_{\tau }^{\dagger }{\hat {a}}{\hat {T}}_{\tau },{\hat {T}}_{\tau }^{\dagger }{\hat {H}}{\hat {a}}_{\tau }^{\dagger })=H({\hat {a}}e^{-i\tau },{\hat {a}}^{\dagger }e^{i\tau }).$$

इस स्थिति में, कोई बलोच प्रमेय को $n$-फोल्ड सममित हैमिल्टनियन पर प्रयुक्त कर सकता है और बैंड संरचना की गणना कर सकता है। हैमिल्टनियन की असतत घूर्णी सममित संरचना को $Z_{n}$ चरण-अंतरिक्ष जालक कहा जाता है और संबंधित आइगेन-स्थितियों को $Z_{n}$ चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल कहा जाता है।

जालक पीएससी

असतत घूर्णी समरूपता को पूर्ण चरण-अंतरिक्ष में असतत अनुवादात्मक समरूपता तक विस्तारित किया जा सकता है। ऐसे उद्देश्य के लिए, चरण-अंतरिक्ष में विस्थापन संकारक को ${\hat {D}}(\xi )=\exp[(\xi {\hat {a}}^{\dagger }-\xi ^{*}{\hat {a}})/{\sqrt {2\lambda }}]$ द्वारा परिभाषित किया गया है, जिसमें गुण ${\hat {D}}^{\dagger }(\xi ){\hat {a}}{\hat {D}}(\xi )={\hat {a}}+\xi$ है, जहाँ $\xi$ चरण-अंतरिक्ष में विस्थापन सदिश के अनुरूप सम्मिश्र संख्या है। यदि हैमिल्टनियन अनुवादात्मक संकारक $[{\hat {H}},{\hat {D}}^{\dagger }(\xi )]=0$ के साथ कम्यूट करता है तो प्रणाली में असतत अनुवादात्मक समरूपता होती है, अर्थात,

$${\hat {H}}={\hat {D}}^{\dagger }(\xi ){\hat {H}}{\hat {D}}(\xi )\rightarrow H({\hat {a}},{\hat {a}}^{\dagger })=H({\hat {D}}^{\dagger }(\xi ){\hat {a}}{\hat {D}}(\xi ),{\hat {D}}^{\dagger }{\hat {a}}^{\dagger }{\hat {D}}(\xi ))=H({\hat {a}}+\xi ,{\hat {a}}^{\dagger }+\xi ^{*}).$$

यदि दो प्राथमिक विस्थापन ${\hat {D}}(\xi _{1})$ और ${\hat {D}}(\xi _{2})$ उपस्थित हैं जो उपरोक्त स्थिति को पूर्ण करते हैं, तो चरण-अंतरिक्ष हैमिल्टनियन के निकट चरण-अंतरिक्ष में 2डी जालक समरूपता है। यद्यपि, दो विस्थापन संकारक सामान्य $[{\hat {D}}(\xi _{1}),{\hat {D}}(\xi _{2})]\neq 0$ में क्रमविनिमेय नहीं हैं। अविनिमेय चरण-अंतरिक्ष में, बिंदु की अवधारणा अर्थहीन है। इसके अतिरिक्त, सुसंगत स्थिति $|\alpha \rangle$ को ${\hat {a}}|\alpha \rangle =\alpha |\alpha \rangle$ के माध्यम से निचले संकारक के आइगेन-स्थिति के रूप में परिभाषित किया गया है। विस्थापन संकारक सुसंगत स्थिति को अतिरिक्त चरण के साथ विस्थापित करता है, अर्थात, ${\hat {D}}(\xi )|\alpha \rangle =e^{i\mathrm {Im} (\xi \alpha ^{*})}|\alpha +\xi \rangle$ होता है। सुसंगत स्थिति जो संवृत पथ पर गति करती है, उदाहरण के लिए, तीन कोरों वाला त्रिकोण $(\xi _{1},\xi _{2},-\xi _{1}-\xi _{2})$ चरण-अंतरिक्ष में, ज्यामितीय चरण गुणक प्राप्त करता है। ${\hat {D}}[-\xi _{1}-\xi _{2}]{\hat {D}}(\xi _{2}){\hat {D}}(\xi _{1})|\alpha \rangle =e^{i{\frac {S}{\lambda }}}|\alpha \rangle ,$

जहाँ $S={\frac {1}{2}}\mathrm {Im} (\xi _{2}\xi _{1}^{*})$ संलग्न क्षेत्र है। यह ज्यामितीय चरण चुंबकीय क्षेत्र में आवेशित कण के अहरोनोव-बोहम चरण के अनुरूप है। यदि चुंबकीय इकाई सेल और जालक इकाई सेल उपमा योग्य हैं, अर्थात्, दो पूर्णांक $r$ और $s$ उपस्थित हैं जैसे कि $[{\hat {D}}^{r}(\xi _{1}),{\hat {D}}^{s}(\xi _{2})]=0$, तब कोई भी 2डी ब्रिलॉइन में परिभाषित बैंड संरचना की गणना कर सकता है। उदाहरण के लिए, वर्गाकार चरण-अंतरिक्ष जालक हैमिल्टनियन का स्पेक्ट्रम ${\hat {H}}=\cos {\hat {x}}+\cos {\hat {p}}$ हॉफस्टैटर की तितली बैंड संरचना प्रदर्शित करता है, जो चुंबकीय क्षेत्र में टाइट बाइंडिंग जालक साइटों के मध्य आवेशित कणों के हॉपिंग का वर्णन करता है। इस स्थिति में, आइगेन-स्थिति को 2डी जालक चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल कहा जाता है।

क्षणिक पीएससी

संवृत क्वांटम प्रणाली के लिए चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल की अवधारणा को विवृत क्वांटम प्रणाली तक विस्तारित किया गया है। परिपथ क्यूईडी प्रणाली में, जोसेफसन जंक्शनों और $n$-फोटॉन अनुनाद के वोल्टेज पूर्वाग्रह के साथ संयुक्त माइक्रोवेव रेज़ोनेटर को ऊपर वर्णित $Z_{n}$ चरण-अंतरिक्ष समरूपता के साथ घूर्णन तरंग समीपता (आरडब्ल्यूए) हैमिल्टनियन ${\hat {H}}_{RWA}$ द्वारा वर्णित किया जा सकता है। जब एकल-फोटॉन हानि प्रमुख होती है, तो अनुनादक की क्षणिक गतिशीलता को निम्नलिखित मास्टर समीकरण (लिंडब्लैड समीकरण) द्वारा वर्णित किया जाता है-

$${\frac {d\rho }{dt}}=-{\frac {i}{\hbar }}[{\hat {H}}_{RWA},\rho ]+{\frac {\gamma }{2}}(2{\hat {a}}\rho {\hat {a}}^{\dagger }-{\hat {a}}^{\dagger }{\hat {a}}\rho -\rho {\hat {a}}^{\dagger }{\hat {a}})={\mathcal {L}}(\rho ),$$

जहाँ $\gamma$ हानि दर है और सुपरऑपरेटर ${\mathcal {L}}$ को लिउविलियन कहा जाता है। कोई प्रणाली ${\mathcal {L}}{\hat {\rho }}_{m}=\lambda _{m}{\hat {\rho }}_{m}$ के लिउविलियन के आइगेनस्पेक्ट्रम और संबंधित आइगेनसंकारक की गणना कर सकती है। ध्यान दें कि न केवल हैमिल्टनियन अपितु लिउविलियन भी $n$-फोल्ड घूर्णी संक्रिया के अंतर्गत अपरिवर्तनीय हैं, अर्थात, ${\mathcal {T}}_{\tau }{\hat {O}}={\hat {T}}_{\tau }^{\dagger }{\hat {O}}{\hat {T}}_{\tau }$ और $\tau ={2\pi }/{n}$ के साथ $[{\mathcal {L}},{\mathcal {T}}_{\tau }]=0$ है। यह समरूपता चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल की अवधारणा को विवृत क्वांटम प्रणाली तक विस्तारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। परिणामस्वरूप, लिउविलियन आइगेनसंकारक ${\hat {\rho }}_{m}$ चरण-अंतरिक्ष में बलोच मोड संरचना होती है, जिसे क्षणिक चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल कहा जाता है।

अनेक-निकाय चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल

चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल की अवधारणा को परस्पर क्रिया करने वाले कणों की प्रणालियों तक विस्तारित किया जा सकता है जहां यह चरण-अंतरिक्ष में ठोस जैसी क्रिस्टलीय संरचना वाली अनेक-निकाय स्थिति को संदर्भित करता है। इस स्थिति में, कणों की परस्पर क्रिया महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। वास्तविक अंतरिक्ष में, अनेक-निकाय वाले हैमिल्टनियन को विक्षुब्ध आवधिक ड्राइव (अवधि $T$ के साथ) के अंतर्गत निम्नलिखित समीकरण द्वारा दिया जाता है-

$${\mathcal {H}}=\sum _{i}H(x_{i},p_{i},t)+\sum _{i<j}V(x_{i}-x_{j}).$$

सामान्यतः, इंटरैक्शन विभव $V(x_{i}-x_{j})$ वास्तविक अंतरिक्ष में दो कणों की दूरी का फलन है। ड्राइविंग आवृत्ति के साथ घूर्णन फ्रेम में परिवर्तन करके और घूर्णन तरंग समीपता (आरडब्ल्यूए) को स्वीकार करके, कोई प्रभावी हैमिल्टनियन प्राप्त कर सकता है-

$${\mathcal {H}}_{RWA}=\sum _{i}H_{RWA}(X_{i},P_{i},t)+\sum _{i<j}U(X_{i},P_{i};X_{j},P_{j}).$$

यहाँ, $X_{i},P_{i}$, $i$-वें कण की स्ट्रोबोस्कोपिक स्थिति और गति है, अर्थात्, वे ड्राइविंग अवधि $t=nT$ के पूर्णांक गुणक पर $x_{i}(t),p_{i}(t)$ का मान लेते हैं। चरण-अंतरिक्ष में क्रिस्टल संरचना रखने के लिए, चरण-अंतरिक्ष में प्रभावी इंटरैक्शन को चरण-अंतरिक्ष में भिन्न-भिन्न घूर्णी या अनुवादात्मक संक्रिया के अंतर्गत अपरिवर्तनीय होना आवश्यक है।

चरण-अंतरिक्ष इंटरैक्शन

गतिकी के अग्रणी क्रम के चरण-अंतरिक्ष में प्रभावी इंटरैक्शन विभव ड्राइविंग अवधि में समय-औसत वास्तविक अंतरिक्ष इंटरैक्शन है-

$$U_{ij}={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}V[x_{i}(t)-x_{j}(t)].$$

यहाँ, $x_{i}(t)$ ड्राइविंग क्षेत्र की अनुपस्थिति में $i$-वें कण के प्रक्षेपवक्र का प्रतिनिधित्व करता है। पूर्णांकों और अर्ध-पूर्णांकों $n\geq 1/2$ के साथ मॉडल पावर-लॉ इंटरैक्शन विभव $V(x_{i}-x_{j})=\epsilon ^{2n}/|x_{i}-x_{j}|^{2n}$ के लिए, उपरोक्त समय-औसत सूत्र द्वारा दिया गया प्रत्यक्ष अवकलज अपसारी है, अर्थात, $U_{ij}=\infty .$ है। विचलन को कम करने के लिए पुनर्सामान्यीकरण प्रक्रिया प्रारम्भ की गई थी और उचित चरण-अंतरिक्ष इंटरैक्शन $(X_{i},P_{i})$ तल में चरण-अंतरिक्ष दूरी $R_{ij}$ का फलन है। कूलम्ब विभव $n=1/2$ के लिए, परिणाम $U(R_{ij})=2\pi ^{-1}{\tilde {\epsilon }}/R_{ij}$ अभी भी कूलम्ब के नियम के रूप को लघुगणकीय पुनर्सामान्यीकृत आवेश ${\tilde {\epsilon }}=\epsilon \ln(\epsilon ^{-1}e^{2}R_{ij}^{3}/2)$ तक रखता है, जहाँ $e=2.71828\cdots$ यूलर की संख्या है। $n=1,3/2,2,5/2,\cdots$ के लिए, पुनर्सामान्यीकृत चरण-अंतरिक्ष इंटरैक्शन विभव है-$U_{ij}=U(R_{ij})={\frac {2\epsilon \gamma ^{2n-1}4^{{\frac {1}{2n}}-1}}{\pi (2n-1)}}R_{ij}^{1-{\frac {1}{n}}},$

जहाँ $\gamma =(4n-1)^{\frac {1}{2n-1}}$ संघट्‍टन गुणक है। $n=1$ की विशेष स्थिति के लिए, चरण-अंतरिक्ष में कोई प्रभावी इंटरैक्शन नहीं है, क्योंकि $U(R_{ij})={\sqrt {3}}\epsilon \pi ^{-1}$ चरण-अंतरिक्ष दूरी के संबंध में स्थिरांक है। सामान्तयः $n>1$ की स्थिति के लिए, चरण-अंतरिक्ष इंटरैक्शन ${U}(R_{ij})$ चरण-अंतरिक्ष दूरी $R_{ij}$ के साथ विस्तृत होता है। हार्ड-स्फीयर इंटरैक्शन ($n\rightarrow \infty$) के लिए, चरण-अंतरिक्ष इंटरैक्शन $U(R_{ij})=\epsilon \pi ^{-1}R_{ij}$ क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स (क्यूसीडी) में क्वार्कों के मध्य कॉनफिनेमेंट इंटरेक्शन की भाँति व्यवहार करता है। उपरोक्त चरण-अंतरिक्ष इंटरैक्शन वास्तव में चरण-अंतरिक्ष में भिन्न-भिन्न घूर्णी या अनुवाद संबंधी संक्रिया के अंतर्गत अपरिवर्तनीय है। ड्राइविंग से चरण-अंतरिक्ष जालक विभव के साथ संयुक्त, स्थिर व्यवस्था उपस्थित है जहां कण समय-समय पर चरण-अंतरिक्ष में स्वयं को व्यवस्थित करते हैं जिससे अनेक-निकाय चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल उत्पन्न होते हैं।

क्वांटम यांत्रिकी में, बिंदु कण को ​​​​क्वांटम तरंग पैकेट द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है और विचलन समस्या से स्वाभाविक रूप से बचा जाता है। फ़्लोक्वेट प्रणाली के निम्नतम क्रम के मैग्नस विस्तार के लिए, दो कणों का क्वांटम चरण-अंतरिक्ष इंटरैक्शन आवधिक दो-निकाय क्वांटम स्थिति $\Phi (x_{i},x_{j},t)$ पर समय-औसत वास्तविक अंतरिक्ष इंटरैक्शन है-

$$U_{ij}={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}\langle \Phi (x_{i},x_{j},t)|V(x_{i}-x_{j})|\Phi (x_{i},x_{j},t)\rangle .$$

सुसंगत स्थिति प्रतिनिधित्व में, क्वांटम चरण-अंतरिक्ष इंटरैक्शन अधिक दूरी की सीमा में चरण-अंतरिक्ष इंटरैक्शन तक जाता है। दोलनशील दर्पण पर गति करते हुए प्रतिकारक संपर्क इंटरैक्शन के साथ $N$ बोसोनिक अल्ट्राकोल्ड परमाणुओं के लिए, $Z_{n}$ चरण-अंतरिक्ष जालक में मॉट इन्सुलेटर जैसी स्थिति बनाना संभव है। इस स्थिति में, प्रत्येक संभावित साइट में कणों की उचित प्रकार से परिभाषित संख्या होती है जिसे 1डी अनेक-निकाय चरण समष्‍टि क्रिस्टल के उदाहरण के रूप में देखा जा सकता है।

यदि दो अविभाज्य कणों में स्पिन होता है, तो कुल चरण-अंतरिक्ष इंटरैक्शन को प्रत्यक्ष इंटरैक्शन और विनिमय इंटरैक्शन के योग में लिखा जा सकता है। इसका अर्थ यह है कि दो कणों के संघट्‍टन के समय विनिमय प्रभाव प्रभावी स्पिन-स्पिन इंटरैक्शन को प्रेरित कर सकता है।

चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल कंपन

ठोस क्रिस्टल को वास्तविक अंतरिक्ष में परमाणुओं की आवधिक व्यवस्था द्वारा परिभाषित किया जाता है, समय-आवधिक ड्राइव के अंतर्गत परमाणु चरण-अंतरिक्ष में भी क्रिस्टल बना सकते हैं। इन परमाणुओं के मध्य परस्पर क्रिया ठोस क्रिस्टल में फोनन के समान सामूहिक कंपन मोड को उत्पन्न करती है। मधुकोश चरण समष्‍टि क्रिस्टल विशेष रूप से रोचक है क्योंकि कंपन बैंड संरचना में दो उप-जालक बैंड होते हैं जिनमें नॉन ट्रैवियल टोपोलॉजिकल भौतिकी हो सकती है। किन्हीं दो परमाणुओं के कंपन को आंतरिक रूप से समष्‍टि युग्मन के साथ युग्मन इंटरैक्शन के माध्यम से संयोजित किया जाता है। उनके समष्‍टि प्रवास्थों की सरल ज्यामितीय व्याख्या होती है और इसे गेज परिवर्तन द्वारा समाप्त नहीं किया जा सकता है, जिससे चरण-अंतरिक्ष में नॉन ट्रैवियल चेर्न संख्याओं और चिरल कोर वाली स्थितियों के साथ कंपन बैंड संरचना बनती है। वास्तविक अंतरिक्ष में सभी टोपोलॉजिकल परिवहन परिदृश्यों के विपरीत, चरण-अंतरिक्ष फ़ोनों के लिए चिरल परिवहन भौतिक समय-व्युत्क्रम समरूपता को खंडित किये बिना यह उत्पन्न हो सकता है।

समय क्रिस्टल से संबंध

समय क्रिस्टल और चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल निकटता से संबंधित हैं किन्तु इनकी अवधारणाएँ भिन्न-भिन्न हैं। वे दोनों समय-समय पर संचालित प्रणालियों में प्रकट होने वाले सबहार्मोनिक मोड का अध्ययन करते हैं। समय क्रिस्टल असतत समय अनुवादात्मक समरूपता (डीटीटीएस) की सहज समरूपता खंडित करने की प्रक्रिया और क्वांटम अनेक-निकाय प्रणाली में सबहार्मोनिक मोड की सुरक्षा विधि पर ध्यान केंद्रित करते हैं। इसके विपरीत, चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल का अध्ययन चरण-अंतरिक्ष में असतत समरूपता पर केंद्रित है। चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल का निर्माण करने वाले मूल प्रकारों में आवश्यक रूप से अनेक-निकाय वाली स्थिति नहीं होती हैं, और एकल-कण चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल के लिए डीटीटीएस को खंडित करने की आवश्यकता नहीं है। अनेक-निकाय प्रणालियों के लिए, चरण-अंतरिक्ष क्रिस्टल संभावित सबहार्मोनिक मोड के इंटरैक्शन का अध्ययन करते हैं जो समय-समय पर चरण-अंतरिक्ष में व्यवस्थित होते हैं। कई समय के क्रिस्टलों की परस्पर क्रिया का अध्ययन करने की प्रवृत्ति है जिसे समय क्रिस्टल में संघनित पदार्थ भौतिकी के रूप में अंकित किया गया है।