科技日报记者 吴长锋
记者8日从中国科学技术大学获悉，该校科研团队联合香港大学、东方理工大学、苏州大学等单位组成联合科研团队，在拓扑与量子物理前沿获得重大发现，他们利用声子晶体系统首次观测到无能隙临界拓扑态，实现了“从0到1”的突破。该成果10月7日发表在国际学术期刊《自然》。
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。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。
联合团队基于独特的声子测量方式，实现了对纠缠熵和纠缠谱的测量。由于临界拓扑态不具有能隙，传统理论和实验方法都无法测量和表征系统的拓扑性质。而纠缠谱不受是否存在能隙的限制，几乎成了表征临界拓扑态的唯一可靠方法。利用这一方法，联合团队实现了对临界拓扑态的测量和表征，并发现了拓扑导致的多临界现象，提升了对相变和临界现象的深刻认识。此外，联合团队通过拓扑声子晶体设计，实现了二维系统的临界拓扑态，并在实验中直接观测到其存在，因此成功地将临界拓扑态扩展到了二维系统中。
值得一提的是，虽然半金属也是无能隙拓扑态，但半金属的拓扑必须定义在有能隙的希尔伯特子空间中，因此和临界拓扑态存在本质的区别。此项研究明确地表明拓扑物理可以出现在无能隙的希尔伯特空间，对应的拓扑边界态构成一种连续谱中的拓扑局域态，在光学和声学系统中具有重要的应用价值。在基础科学层面，临界拓扑态表明量子临界点可能具有拓扑特性，即量子相变也可以具有拓扑特性，甚至可以用拓扑指标来分类量子临界点，从而深化对相变和临界现象的理解。
（中国科大供图）
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