一、離體量材料牛 【科學背景】??

? ? ? ? 根據諾特定理，準晶中物理系統中的維守對稱性與守恒量密切相關。這些對稱性通常決定了系統的恒拓荷矢拓撲結構，而隨著維度的撲電增加，這種拓撲結構變得更加復雜。離體量材料牛準晶既沒有平移對稱性，準晶中也沒有全局旋轉對稱性，維守但它們本質上存在于一個更高維度的恒拓荷矢空間中，其中對稱性重新出現。撲電在這里，離體量材料牛以色列理工學院和麻省理工學院-哈佛大學超冷原子研究中心及電子研究實驗室的準晶中Shai Tsesses和Guy Bartal團隊，發現了四維（4D）中的維守拓撲電荷矢量，這些矢量支配著二維準晶的恒拓荷矢真實空間拓撲結構，并揭示了它們固有的撲電守恒定律。在五邊形等離子體準晶格中展示了對拓撲結構的控制，這些準晶格通過相位分辨和時域近場顯微鏡進行映射，表明它們的時間演化連續調節了它們不同四維拓撲結構的二維投影。該工作為實驗探測準晶的熱力學性質以及四維及以上空間中的拓撲物理提供了一種途徑。相關研究成果以“Four-dimensional conserved topological charge vectors in plasmonic quasicrystals”為題目發表在國際頂級期刊Science上。

二、【科學貢獻】

圖1研究準晶中的位錯及其產生的拓撲電荷：概念與實現。? 2025 Science

圖2五邊形等離子體準晶格的相位分辨近場顯微鏡。? 2025 Science

圖3五邊形等離子體準晶格中的拓撲電荷守恒。? 2025 Science

圖4通過時間相位控制拓撲不同的準晶格的二維投影。? 2025 Science

三、【 創新點】?

? ? ? 1．準晶干涉圖樣所包含的信息并非局部的；也就是說，對其拓撲電荷的正確表征需要在多個位置測量場。

1. 建立了用于解釋準晶材料的力學和熱力學性質的干涉電荷密度波模型。這些模型之間的對應關系表明，波干涉的時間依賴相位累積可以直接與給定準晶材料中基態自由能的變化相關聯。
2. 實驗利用自由能如何補償材料中位錯的存在這一特性，檢驗準晶在自由能絕熱變化下的熱力學性質，而這是通過其他手段很難完成。

四、【 科學啟迪】

? ? ? ?本文的研究結果證明了二維準晶的高維空間中存在拓撲電荷矢量。準晶的場分布是從高維空間投影而來的，并且包含了關于高維拓撲的信息。通過構建關于解釋準晶材料的力學和熱力學性質的干涉電荷密度波模型，監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，這些結果可以在其他波系統中重現。因此，準晶波干涉圖樣是檢驗物理系統高維拓撲結構的簡單而直接的方法。

? ? ? ?由于本文研究的是五邊形對稱性，對應的拓撲電荷矢量在四維空間中顯現。然而，更高的質數對稱性提供了更多的自由度以及更多的非簡并拓撲電荷矢量，從而增加了被檢驗拓撲結構的維度。此外，三維拓撲缺陷，如斯格明子（skyrmions），可能存在于二維準晶波干涉中。

原文詳情：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt2495