中国科学技术大学团队首次观测到临界拓扑

中国教育报-中国教育新闻网讯（记者 方梦宇）近日，记者从中国科学技术大学获悉，该校蒋建华教授团队联合香港大学、宁波东方理工大学、苏州大学等单位的科研人员，在拓扑量子物理领域实现“从0到1”的重大突破：利用声子晶体平台，第一次实实在在地观测到无能隙临界拓扑态，证实了即便在没有能隙的相变临界点，物质依旧可以拥有拓扑特性。这改写了人们对拓扑物态的传统认知。相关成果发表于《自然》期刊上。

拓扑物理和量子物理是现代物理的关键前沿领域。二者的结合产生了拓扑物态、拓扑相变等丰富的物理现象。长期以来，人们普遍认为有限的能隙是产生拓扑物态的基本条件，就像堤坝拦住水流，只有依靠这道屏障，才能维持住内部绝缘、边缘特殊传导的奇异拓扑物理现象。

近年来，一些理论提出了无能隙的临界拓扑态的概念，并预言了一些系统可以出现传统拓扑理论无法描述的无能隙临界拓扑态。然而，这些概念和理论始终没有被实验证实，因此一直游离在主流拓扑物理之外。

想要看见“看不见”的临界拓扑，就需要全新的探测工具。研究团队运用自主发展的独特声子测量手段，绕开“能隙”的限制，借助纠缠熵、纠缠谱这一套特殊的观测方法，得以把临界点上的拓扑信号抓取出来，完成了对该拓扑物态完整的实验表征，从而首次明确证实了临界拓扑态的存在。研究还发现了由拓扑效应引发的多临界现象，加深了人们对物质相变、临界现象的理解。另外，此前相关理论研究大多局限在一维体系。研究中，蒋建华团队通过巧妙设计拓扑声子晶体，成功把临界拓扑态拓展到二维系统，并完成了直接实验观测。

这项基础研究刷新了学界对量子相变的理解：量子相变发生的临界点本身，就可以携带拓扑属性，未来甚至可以用拓扑指标给不同的量子临界点做分类。另外，从材料科学的角度看，临界拓扑可以产生一类连续谱里的拓扑局域态，在声学、光学器件研发方面有潜在的应用前景。