南京大學&蘇州大學《Nature》：打開晶體拓撲相研究新大門！普樂斯等離子清洗機傳遞分享！
文章導讀：編輯推薦：本文首次報道了一種體-錯位關系的實驗證明。該研究為晶體拓撲相的研究打開了一扇大門，這是一個擁有大量未被探索的材料和現(xiàn)象的前沿領域。普樂斯等離子清洗機傳遞分享！
大多數(shù)天然和人工材料都具有晶體結構，從晶體結構中可以產生豐富的拓撲相。雖然體-邊對應關系已被廣泛用于根據(jù)邊緣特性來確定能帶拓撲的實驗中，但這不足以辨別各種拓撲晶體相。從理論上預測，普遍存在的晶體缺陷（位錯）可以提供一個有效的探索拓撲晶體結構，但這還沒有在實驗中得到證實。普樂斯等離子清洗機給大家傳遞分享！
近日，來自南京大學的蒲殷&蘇州大學的蔣建華等研究者，報道了一種體-錯位關系的實驗證明，它表現(xiàn)為分數(shù)譜電荷和錯位處魯棒的束縛態(tài)。相關論文以題為“Bulk–disclination correspondence in topological crystalline insulators”發(fā)表在Nature上。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-03125-3
對稱性在物質拓撲態(tài)的研究中起著關鍵的作用。最近對拓撲材料完整目錄所作的嘗試顯示，固體晶體中的230個空間群導致了具有非常大分類的大量拓撲晶體絕緣體(TCI)。最大的挑戰(zhàn)是如何通過實驗來識別晶體的拓撲結構，只考慮體邊對應是不夠的。這主要是因為晶體的邊界(表面、邊緣等等)具有較低的對稱性，因此比整體信息更少。例如，在最近發(fā)現(xiàn)的具有分數(shù)偶極或四極極化的高階拓撲絕緣子中，其邊緣并不攜帶體電荷模式的全部信息。
向錯-晶體固體中普遍存在的拓撲缺陷-已被預測為各種類型晶體拓撲的有效體探針。一個主要的拓撲觀測，是由于晶體結構的旋轉破壞，而產生的束縛于向錯的分數(shù)電荷。這樣的分數(shù)電荷可以用來推導出對稱保護的體電荷模式，從而作為不同TCIs的獨特觀察對象。相比之下，邊緣邊界處的分數(shù)電荷和向錯只能探測體極化而不能探測體電荷模式。
在此，研究者報告了一種體積向錯對應的實驗演示，它表現(xiàn)為分數(shù)光譜電荷和在向錯處的魯棒束縛態(tài)。分數(shù)向錯電荷源于對稱保護的體電荷模式，這是許多拓撲晶體絕緣子(TCIs)的基本特性。此外，位錯處的健壯界態(tài)是TCIs次要的性質，但可以直接觀察到的性質。研究者利用可重構光子晶體作為具有高階拓撲結構的光子TCIs，通過泵浦探針和近場探測測量觀察到這些標志性特征。結果表明，分數(shù)電荷態(tài)和定域態(tài)都出現(xiàn)在TCI相中，而在平凡相中消失。
圖1 向錯作為晶體拓撲結構的體狀探針
圖2 光子TCI和向錯
圖3 體狀-向錯對應
圖4 向錯態(tài)的測量
綜上所述，研究者通過實驗證明了一種拓撲現(xiàn)象，即體狀-向錯對應，通過檢測分數(shù)譜電荷和向錯處的定域態(tài)。通過這些性質對晶體拓撲的實驗識別可以直接推廣到電子拓撲晶體材料中，其中的向錯態(tài)和LDOS可以直接用掃描隧道顯微鏡測量。此外，固態(tài)材料中普遍存在的向錯錯也為此類實驗提供了便利。該研究為晶體拓撲相的研究打開了一扇大門——這是一個擁有大量未被探索的材料和現(xiàn)象的前沿領域。
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