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▲第一作者：Weiyuan Tang
通訊作者：Kun Ding & Guancong Ma
通訊單位：Hong Kong Baptist University, Imperial College London & Hong Kong University of Science and Technology
DOI：10.1126/science.abd8872
背景介紹現實的物理系統主要由連續且可微分的物理定律來描述。而偶爾出現的奇異點即奇點通常需要奇點物理學來描述。在許多情況下，奇異性可以由拓撲不變性來表征。例如Weyl點是Berry勢的奇點，兩個相反電荷的Weyl點通過稱為費米弧的光譜激勵連接起來。同樣，最近發現“ nexus fermions”是高簡并點，通常以節點線的接吻點出現。在非Hermitian系統中可能會出現帶有非零拓撲電荷、被稱為異常點（EPs）的分支點奇點。環繞一個EPs時可能會發生模式切換，從而可能會產生分數拓撲電荷。EPs環和EPs面等EPs結構的發現進一步豐富了非Hermitian系統中的潛在拓撲類型。還發現2階EPs（EP2s）可以具有相反符號的1/2拓撲電荷，從而導致了不可預期的大量費米弧。
但目前為止，所有研究都是僅涉及兩個合并狀態的EP2s。最近，光子學中3階EPs（EP3s）等高階EPs的實現為引人入勝的應用帶來了新的可能性。
本文亮點1、理論和聲學實驗證明了三態非Hermitian系統中存在Eps這種“異常聯系”（EX）的拓撲特性，它不僅是高階EPs，而且還是多個異常弧（EAs）的尖端奇點。
2、由于參數空間被EAs分割，因此EX具有混合拓撲不變性（HTI），該混合不變性由與不同復雜平面上循環路徑所累積的Berry相相關的不同繞組數組成。
3、本文的發現標志著人們在非Hermitian系統及其拓撲基本物理方面的重大進步，利用這些高階EPs的奇異行為將開啟相關應用的新紀元。
圖文解析
▲圖1. EAs的合并產生EX即EP3s
要點：
1、EP3s是兩個或多個EP2s的合并，由定義的參數空間為實現EP2s結構提供了足夠的自由度。
2、作者確定了EP2s的幾種軌跡并稱之為EAs。當三個不同狀態的兩個EAs收斂于（δA，δg）=（0，0）才能形成EX即EP3s。
▲圖2. 聲學實驗觀察到的EAs和EX
要點：
1、通過使用耦合聲腔系統的聲學實驗，作者觀察到了EAs和EX。
2、觀察發現，EAs在EX附近施加了許多有趣的幾何形狀。
3、實驗發現，這種EX的EPs除了是高階EP3s外，還是完全由EP2s組成的多個EAs交點處的尖端奇點。
▲圖3. 波函數測量表征EX的HTI
要點：
1、通過測量波函數的臨界行為，利用HTI和特征向量相位剛度之間的關系來確認HTI，實現對HTI的實驗表征。
2、高階EPs可以擁有比在Hermitian系統中發現的拓撲特性更豐富的拓撲特性，通過遍歷，可以出現更多的纏繞可能性。
3、如何在動量空間中實現這些新的拓撲物理學以及它們可以產生什么現象將是值得深入探究的有趣問題。
原文鏈接：
https://science.sciencemag.org/content/370/6520/1077
作者介紹
馬冠聰（Guancong Ma）
馬冠聰博士，2007年本科畢業于華南理工大學。2007至2012年就讀于香港科技大學物理學系，取得物理學博士學位。博士期間主要從事聲波超材料的研究。2012-2017 年分別在香港科技大學物理系和高等研究院任博士后研究員。現為香港浸會大學物理系助理教授。研究興趣包括聲波超材料，聲子晶體，聲拓撲，非厄米系統等相關的經典波現象。多次在國際頂級期刊Nature Materials, Nature Physics, Nature Communications, PNAS, Physical Review X, Physical Review Letters等發表文章約20篇，并于2016年在Science Advances發表關于聲波超材料的綜述，于2019年在Nature Reviews Physics發表關于拓撲聲學的綜述文章。馬博士的近期工作亦被Physics Today等著名刊物廣泛報道 。在國際著名會議META，PIERS等做邀請報告10余次，并擔任META，Metamaterials等國際知名會議聲波超材料和聲子晶體分會場的組織者和會場主席。
課題組主頁：https://www.acoustmeta.com/
Kun Ding
2004-2013，復旦大學本科、博士，
2013-2018，香港科技大學博士后研究員、研究助理教授，
2019-現在，帝國理工學院，研究助理。
https://orcid.org/0000-0002-0185-2227
Hash:c5b6139a849a7df6e8d4d9c8699a5d45d0694973
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