香港浸會(huì )大學(xué)最新Science！
▲第一作者：Weiyuan Tang
通訊作者：Kun Ding & Guancong Ma
通訊單位：Hong Kong Baptist University, Imperial College London & Hong Kong University of Science and Technology
DOI：10.1126/science.abd8872
背景介紹現實(shí)的物理系統主要由連續且可微分的物理定律來(lái)描述。而偶爾出現的奇異點(diǎn)即奇點(diǎn)通常需要奇點(diǎn)物理學(xué)來(lái)描述。在許多情況下，奇異性可以由拓撲不變性來(lái)表征。例如Weyl點(diǎn)是Berry勢的奇點(diǎn)，兩個(gè)相反電荷的Weyl點(diǎn)通過(guò)稱(chēng)為費米弧的光譜激勵連接起來(lái)。同樣，最近發(fā)現“ nexus fermions”是高簡(jiǎn)并點(diǎn)，通常以節點(diǎn)線(xiàn)的接吻點(diǎn)出現。在非Hermitian系統中可能會(huì )出現帶有非零拓撲電荷、被稱(chēng)為異常點(diǎn)（EPs）的分支點(diǎn)奇點(diǎn)。環(huán)繞一個(gè)EPs時(shí)可能會(huì )發(fā)生模式切換，從而可能會(huì )產(chǎn)生分數拓撲電荷。EPs環(huán)和EPs面等EPs結構的發(fā)現進(jìn)一步豐富了非Hermitian系統中的潛在拓撲類(lèi)型。還發(fā)現2階EPs（EP2s）可以具有相反符號的1/2拓撲電荷，從而導致了不可預期的大量費米弧。
但目前為止，所有研究都是僅涉及兩個(gè)合并狀態(tài)的EP2s。最近，光子學(xué)中3階EPs（EP3s）等高階EPs的實(shí)現為引人入勝的應用帶來(lái)了新的可能性。
本文亮點(diǎn)1、理論和聲學(xué)實(shí)驗證明了三態(tài)非Hermitian系統中存在Eps這種“異常聯(lián)系”（EX）的拓撲特性，它不僅是高階EPs，而且還是多個(gè)異?；。‥As）的尖端奇點(diǎn)。
2、由于參數空間被EAs分割，因此EX具有混合拓撲不變性（HTI），該混合不變性由與不同復雜平面上循環(huán)路徑所累積的Berry相相關(guān)的不同繞組數組成。
3、本文的發(fā)現標志著(zhù)人們在非Hermitian系統及其拓撲基本物理方面的重大進(jìn)步，利用這些高階EPs的奇異行為將開(kāi)啟相關(guān)應用的新紀元。
圖文解析
▲圖1. EAs的合并產(chǎn)生EX即EP3s
要點(diǎn)：
1、EP3s是兩個(gè)或多個(gè)EP2s的合并，由定義的參數空間為實(shí)現EP2s結構提供了足夠的自由度。
2、作者確定了EP2s的幾種軌跡并稱(chēng)之為EAs。當三個(gè)不同狀態(tài)的兩個(gè)EAs收斂于（δA，δg）=（0，0）才能形成EX即EP3s。
▲圖2. 聲學(xué)實(shí)驗觀(guān)察到的EAs和EX
要點(diǎn)：
1、通過(guò)使用耦合聲腔系統的聲學(xué)實(shí)驗，作者觀(guān)察到了EAs和EX。
2、觀(guān)察發(fā)現，EAs在EX附近施加了許多有趣的幾何形狀。
3、實(shí)驗發(fā)現，這種EX的EPs除了是高階EP3s外，還是完全由EP2s組成的多個(gè)EAs交點(diǎn)處的尖端奇點(diǎn)。
▲圖3. 波函數測量表征EX的HTI
要點(diǎn)：
1、通過(guò)測量波函數的臨界行為，利用HTI和特征向量相位剛度之間的關(guān)系來(lái)確認HTI，實(shí)現對HTI的實(shí)驗表征。
2、高階EPs可以擁有比在Hermitian系統中發(fā)現的拓撲特性更豐富的拓撲特性，通過(guò)遍歷，可以出現更多的纏繞可能性。
3、如何在動(dòng)量空間中實(shí)現這些新的拓撲物理學(xué)以及它們可以產(chǎn)生什么現象將是值得深入探究的有趣問(wèn)題。
原文鏈接：
https://science.sciencemag.org/content/370/6520/1077
作者介紹
馬冠聰（Guancong Ma）
馬冠聰博士，2007年本科畢業(yè)于華南理工大學(xué)。2007至2012年就讀于香港科技大學(xué)物理學(xué)系，取得物理學(xué)博士學(xué)位。博士期間主要從事聲波超材料的研究。2012-2017 年分別在香港科技大學(xué)物理系和高等研究院任博士后研究員?，F為香港浸會(huì )大學(xué)物理系助理教授。研究興趣包括聲波超材料，聲子晶體，聲拓撲，非厄米系統等相關(guān)的經(jīng)典波現象。多次在國際頂級期刊Nature Materials, Nature Physics, Nature Communications, PNAS, Physical Review X, Physical Review Letters等發(fā)表文章約20篇，并于2016年在Science Advances發(fā)表關(guān)于聲波超材料的綜述，于2019年在Nature Reviews Physics發(fā)表關(guān)于拓撲聲學(xué)的綜述文章。馬博士的近期工作亦被Physics Today等著(zhù)名刊物廣泛報道 。在國際著(zhù)名會(huì )議META，PIERS等做邀請報告10余次，并擔任META，Metamaterials等國際知名會(huì )議聲波超材料和聲子晶體分會(huì )場(chǎng)的組織者和會(huì )場(chǎng)主席。
課題組主頁(yè)：https://www.acoustmeta.com/
Kun Ding
2004-2013，復旦大學(xué)本科、博士，
2013-2018，香港科技大學(xué)博士后研究員、研究助理教授，
2019-現在，帝國理工學(xué)院，研究助理。
https://orcid.org/0000-0002-0185-2227
Hash:c5b6139a849a7df6e8d4d9c8699a5d45d0694973
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