一、離體量材料牛 【科學(xué)背景】??
? ? ? ? 根據(jù)諾特定理，準(zhǔn)晶中物理系統(tǒng)中的維守對稱性與守恒量密切相關(guān)。這些對稱性通常決定了系統(tǒng)的恒拓荷矢拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而隨著維度的撲電增加，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜。離體量材料牛準(zhǔn)晶既沒有平移對稱性，準(zhǔn)晶中也沒有全局旋轉(zhuǎn)對稱性，維守但它們本質(zhì)上存在于一個(gè)更高維度的恒拓荷矢空間中，其中對稱性重新出現(xiàn)。撲電在這里，離體量材料牛以色列理工學(xué)院和麻省理工學(xué)院-哈佛大學(xué)超冷原子研究中心及電子研究實(shí)驗(yàn)室的準(zhǔn)晶中Shai Tsesses和Guy Bartal團(tuán)隊(duì)，發(fā)現(xiàn)了四維（4D）中的維守拓?fù)潆姾墒噶?，這些矢量支配著二維準(zhǔn)晶的恒拓荷矢真實(shí)空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并揭示了它們固有的撲電守恒定律。在五邊形等離子體準(zhǔn)晶格中展示了對拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制，這些準(zhǔn)晶格通過相位分辨和時(shí)域近場顯微鏡進(jìn)行映射，表明它們的時(shí)間演化連續(xù)調(diào)節(jié)了它們不同四維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的二維投影。該工作為實(shí)驗(yàn)探測準(zhǔn)晶的熱力學(xué)性質(zhì)以及四維及以上空間中的拓?fù)湮锢硖峁┝艘环N途徑。相關(guān)研究成果以“Four-dimensional conserved topological charge vectors in plasmonic quasicrystals”為題目發(fā)表在國際頂級期刊Science上。
二、【科學(xué)貢獻(xiàn)】
圖1研究準(zhǔn)晶中的位錯(cuò)及其產(chǎn)生的拓?fù)潆姾桑焊拍钆c實(shí)現(xiàn)。? 2025 Science
圖2五邊形等離子體準(zhǔn)晶格的相位分辨近場顯微鏡。? 2025 Science
圖3五邊形等離子體準(zhǔn)晶格中的拓?fù)潆姾墒睾恪? 2025 Science
圖4通過時(shí)間相位控制拓?fù)洳煌臏?zhǔn)晶格的二維投影。? 2025 Science
三、【 創(chuàng)新點(diǎn)】?
? ? ? 1．準(zhǔn)晶干涉圖樣所包含的信息并非局部的；也就是說，對其拓?fù)潆姾傻恼_表征需要在多個(gè)位置測量場。
- 建立了用于解釋準(zhǔn)晶材料的力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)的干涉電荷密度波模型。這些模型之間的對應(yīng)關(guān)系表明，波干涉的時(shí)間依賴相位累積可以直接與給定準(zhǔn)晶材料中基態(tài)自由能的變化相關(guān)聯(lián)。
- 實(shí)驗(yàn)利用自由能如何補(bǔ)償材料中位錯(cuò)的存在這一特性，檢驗(yàn)準(zhǔn)晶在自由能絕熱變化下的熱力學(xué)性質(zhì)，而這是通過其他手段很難完成。
四、【 科學(xué)啟迪】
? ? ? ?本文的研究結(jié)果證明了二維準(zhǔn)晶的高維空間中存在拓?fù)潆姾墒噶?。?zhǔn)晶的場分布是從高維空間投影而來的，并且包含了關(guān)于高維拓?fù)涞男畔ⅰＭㄟ^構(gòu)建關(guān)于解釋準(zhǔn)晶材料的力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)的干涉電荷密度波模型，監(jiān)測并獲取了以下信息：即金表面上的電磁表面波的干涉。原則上，這些結(jié)果可以在其他波系統(tǒng)中重現(xiàn)。因此，準(zhǔn)晶波干涉圖樣是檢驗(yàn)物理系統(tǒng)高維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的簡單而直接的方法。
? ? ? ?由于本文研究的是五邊形對稱性，對應(yīng)的拓?fù)潆姾墒噶吭谒木S空間中顯現(xiàn)。然而，更高的質(zhì)數(shù)對稱性提供了更多的自由度以及更多的非簡并拓?fù)潆姾墒噶?，從而增加了被檢驗(yàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的維度。此外，三維拓?fù)淙毕荩缢垢衩髯樱╯kyrmions），可能存在于二維準(zhǔn)晶波干涉中。
原文詳情：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt2495
