하위에 대한 토폴로지 위상 보호 림

국제 연구팀이 물리학 분야에서 획기적인 발전을 이루다

국립과학연구소 - INRS

이미지: 대칭 보호 토폴로지 위상(SPT 위상)의 섭동을 분류하는 개략도입니다. 빨간색, 회색 및 녹색 선으로 둘러싸인 겹치는 영역은 위상 불변 및 해당 위상 경계 상태를 특징으로 하는 대칭 보호 위상 위상을 나타냅니다. 회색 선은 경계 상태에 영향을 주지만 전체 시스템의 위상적 불변성을 깨뜨리지는 않는 일련의 섭동입니다. 빨간색과 녹색 선 영역은 각각 연관된 하위 대칭으로 보호되는 경계 상태를 나타냅니다. 예시된 예에서는 부분 대칭을 만족하지만 전체 시스템의 위상 불변성을 파괴하는 두 세트의 섭동을 보여줍니다. 이 경우 하위 대칭은 경계 상태를 보호합니다.더보기

신용: Domenico Bongiovanni 및 공동 저자

중국 난카이 대학과 크로아티아 자그레브 대학의 연구원들이 이끄는 국제 팀과 로베르토 모란도티가 이끄는 캐나다 국립과학연구소(INRS) 팀이 위상수학 연구에서 중요한 돌파구를 마련했습니다. 단계. 그들의 연구 결과는 최근 Nature Publishing Group이 발행하는 저널인 Nature Physics에 게재되었습니다.

지난 10년 동안 토폴로지 포토닉스는 견고성과 안정성 측면에서 고성능으로 빛 조작을 달성할 수 있는 독특한 전망으로 인해 점점 더 많은 주목을 받아 왔습니다. 토폴로지 포토닉스의 발견은 장애와 결함에 영향을 받지 않는 토폴로지 보호 상태를 특징으로 하는 토폴로지 레이저 및 공동과 같은 새로운 세대의 포토닉 장치 개발의 길을 열었습니다. 물리학에서 위상수학의 개념은 수학에서 계승되었습니다. 여기서 위상수학은 지속적인 변형 하에서 보존되는 양에 관한 물체의 기하학적 특성을 연구하는 데 사용됩니다. 하나의 표면이 다른 표면으로 연속적으로 변형될 수 있고 그 반대의 경우도 마찬가지일 때 두 객체는 ​​위상학적으로 동일합니다. 예를 들어 커피잔과 토러스는 위상학적 관점에서 동일합니다. 물리학에서는 토폴로지 개념을 사용하여 에너지 밴드 특성을 설명하고 물질의 새로운 위상 상태와 다양한 위상 물질을 예측합니다. 다양한 토폴로지 단계(사소하고 중요하지 않은)는 양자화된 토폴로지 불변을 적절하게 도입하여 구별됩니다. 이를 통해 벌크 특성과 ​​"벌크 경계 대응"으로 알려진 이러한 물질의 경계에서 특징의 출현 사이의 연결을 설정할 수 있습니다. 이와 관련하여 중요한 토폴로지의 가장 독특한 특징은 특정 공간 및/또는 본질적인 대칭에 의해 보호되는 견고한 토폴로지 경계 상태가 존재한다는 것입니다.

일반적으로 대칭 보호 위상 위상(SPT 위상) 시스템에서는 위상 경계 상태, 위상 불변성 및 하나 이상의 전체 대칭 간의 긴밀한 관계가 섭동에 대한 위상 보호를 유지하는 데 필수적이라고 믿어집니다. 결과적으로, 위상적 불변성과 위상적 경계 상태는 기본 대칭을 깨뜨리는 왜곡에 의해 회복 불가능하게 영향을 받습니다. 이 연구에서 국제 연구팀은 이러한 전통적인 공통 믿음에 도전하여 SPT 경계 상태에 대한 이해를 넓혔습니다. 그들은 시스템이 더 이상 위상 불변량과 일부 전역 대칭을 양자화하지 않더라도 위상 경계 상태가 소위 "하위 대칭"에 의해 보호되는 해당 하위 공간에 여전히 존재할 수 있음을 발견했습니다.

INRS-EMT의 박사후 연구원이자 주요 연구자 중 한 명인 Domenico Bongiovanni는 "우리의 발견은 토폴로지에서 대칭으로 보호되는 토폴로지 단계에 대한 일반적인 생각에 도전하고 토폴로지 불변 및 경계 상태의 일치성을 갱신합니다"라고 말했습니다. "우리의 아이디어는 많은 비전통적인 상태의 위상학적 기원을 설명할 수 있는 잠재력을 갖고 있으며 다양한 플랫폼과 물리적 시스템에 적용할 수 있습니다."