【資料圖】
近日,南開(kāi)大學(xué)物理學(xué)院/泰達(dá)應(yīng)用物理研究院陳志剛教授課題組與克羅地亞薩格勒布大學(xué)課題組合作研究發(fā)現(xiàn),即使系統(tǒng)不再具有量子化的拓?fù)洳蛔兞亢湍撤N整體對(duì)稱(chēng)性,拓?fù)溥吔鐟B(tài)依然可以在相應(yīng)的子空間存在,由子對(duì)稱(chēng)性保護(hù)。相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際期刊《自然·物理》上。
拓?fù)鋵W(xué)本是一門(mén)研究物體幾何特性的數(shù)學(xué)分支,在物理學(xué)中卻可以利用拓?fù)涞母拍蠲枋鑫镔|(zhì)的能帶特征,從而研究新穎拓?fù)湮飸B(tài)和各種新生的拓?fù)洳牧稀?016年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)就是表彰這方面的新發(fā)現(xiàn)。非平凡拓?fù)渥畹湫偷奶卣骶褪谴嬖谑芴囟▽?duì)稱(chēng)性保護(hù)的拓?fù)溥吔鐟B(tài),以至于通常人們認(rèn)為拓?fù)溥吔鐟B(tài)、拓?fù)洳蛔兞亢蛯?duì)稱(chēng)性之間緊密關(guān)聯(lián),不可或缺,即破壞對(duì)稱(chēng)性的任何擾動(dòng)都會(huì)同時(shí)破壞拓?fù)洳蛔兞亢屯負(fù)溥吔鐟B(tài)。
對(duì)稱(chēng)性保護(hù)的拓?fù)湎嘀嘘P(guān)于擾動(dòng)的分類(lèi)示意圖。黃線(xiàn)區(qū)域代表一組滿(mǎn)足特定對(duì)稱(chēng)性的擾動(dòng),并不破壞整體系統(tǒng)的拓?fù)洳蛔兞?。每個(gè)邊界態(tài)都受到其相關(guān)的子對(duì)稱(chēng)的保護(hù),其中紅線(xiàn)和藍(lán)線(xiàn)區(qū)域分別代表兩組滿(mǎn)足子對(duì)稱(chēng)的擾動(dòng),此時(shí)擾動(dòng)破壞了整體系統(tǒng)的拓?fù)洳蛔兞?,但不影響子?duì)稱(chēng)保護(hù)的邊界態(tài);重疊區(qū)域代表的拓?fù)湎嗤瑫r(shí)具有拓?fù)洳蛔兞恳约跋鄳?yīng)的拓?fù)溥吔鐟B(tài)。(南開(kāi)大學(xué)供圖)
“我們通過(guò)引入和探究子對(duì)稱(chēng)性的概念,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)意義上全局的對(duì)稱(chēng)性對(duì)于拓?fù)溥吔鐟B(tài)的保護(hù)并非完全必要?!闭撐牡谝蛔髡咧弧⒛祥_(kāi)大學(xué)物理學(xué)院博士生王孜騰介紹,實(shí)際上,只需滿(mǎn)足特定子空間的對(duì)稱(chēng)性,拓?fù)溥吔鐟B(tài)就會(huì)受到保護(hù),即使此時(shí)整體拓?fù)洳蛔兞恳巡淮嬖凇?/p>
研究團(tuán)隊(duì)巧妙地設(shè)計(jì)并利用弱光直寫(xiě)制備了光子晶格結(jié)構(gòu),以滿(mǎn)足不同子空間對(duì)稱(chēng)性條件,實(shí)驗(yàn)演示了最典型的一維SSH和二維Kagome拓?fù)渚Ц裰惺艿阶訉?duì)稱(chēng)性保護(hù)的拓?fù)鋺B(tài)。此外,他們?cè)贙agome晶格模型中創(chuàng)新地引入了長(zhǎng)程耦合對(duì)稱(chēng)性,解決了目前關(guān)于Kagome晶格中高階拓?fù)鋺B(tài)的存在和拓?fù)浔Wo(hù)性的爭(zhēng)議問(wèn)題。
該研究不僅挑戰(zhàn)了人們對(duì)受對(duì)稱(chēng)性保護(hù)拓?fù)鋺B(tài)的傳統(tǒng)認(rèn)知,還為拓?fù)湮飸B(tài)在不同物理背景下的研究和應(yīng)用提供了新的思路。這一成果有望進(jìn)一步推動(dòng)拓?fù)涔庾訉W(xué)及其前沿交叉領(lǐng)域的發(fā)展和新一代拓?fù)涔庾悠骷难邪l(fā)。
(責(zé)任編輯:韓夢(mèng)晨)
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