邱春印课题组非阿贝尔拓扑物理研究取得新进展

近日，Nature Communications（《自然通讯》）在线发表了物理科学与技术学院邱春印教授课题组关于拓扑声子晶体的研究新进展。

论文题为“Minimal non-abelian nodal braiding in idealmetamaterials”（理想超材料中的最简非阿贝尔节点编织）。武汉大学为论文第一署名单位，物理科学与技术学院邱华辉博士和张起成博士后为论文共同第一作者，邱春印为通讯作者。合作者包括武汉大学刘亭志博士、范喜迎博士后，以及美国UT Dallas大学的张帆教授。

探索新的拓扑相和拓扑现象已成为凝聚态物理和材料科学的重要课题之一。最近的研究表明，在具有对称性的多带隙系统中，经过编织的节点对碰撞后可以稳定存在。这说明非阿贝尔拓扑荷超出了常规单隙阿贝尔带拓扑的范畴。邱春印研究组构建了理想的声学超材料，用以实现最少能带节点的非阿贝尔编织。利用一系列声学样品模拟时间效应，实验观察到了一个优雅但不平庸的节点编织过程，包括节点的产生、编织、碰撞和排斥（即不会湮灭），并测量镜像本征值以阐明编织结果。后者（表现在波函数层次上）非常重要，因为本质上编织物理就是针对多带波函数的纠缠。此外，实验上还揭示了多带隙边缘响应与体非阿贝尔荷之间高度复杂的相关性。


图1：最简非阿贝尔节点编织模型。（a）具有两对能带节点的三带示意图；（b）能带节点（实线和虚线）的时间演化，包括它们的产生（绿色五角星处）、编织（彩色三角形处）、碰撞（黄色平面处）和反弹；（c）紧束缚模型。

非阿贝尔荷相变的基本规则对理解多隙拓扑物理至关重要。这项工作不仅为难以捕捉的非阿贝尔节点编织提供了确凿的实验证据，还加深了对能带不可交换的拓扑半金属的物理理解。通过引入额外的非厄米或强关联物理，更多迷人的拓扑编织现象有待发现。

该研究得到国家自然科学基金委重大项目、万人计划“青年拔尖人才”项目等基金资助。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36952-9