近日

中国科学技术大学苏州高等研究院

联合香港大学、东方理工大学、苏州大学

在拓扑与量子物理前沿

做出重大发现

中国科大苏州高等研究院蒋建华教授团队与香港大学张霜教授、东方理工大学余雪佳教授、苏州大学孔泽霖博士等合作，利用声子晶体系统首次观测到无能隙临界拓扑态，实现了从零到一的突破。

该工作以“Experimental observation of critical topology”为题，于10月7日发表在国际顶级学术期刊《自然》（Nature）。

打破固有认知，我国科学家首次实验观测到临界拓扑物态

拓扑物理和量子物理是现代物理的关键前沿领域。二者的结合产生了拓扑物态、拓扑相变等丰富的物理现象。长期以来，人们普遍认为有限的能隙是产生拓扑物态的基本条件。

近年来，一些理论提出了无能隙的临界拓扑态的概念，并预言了一些系统，可以出现传统拓扑理论无法描述的无能隙临界拓扑态。然而，这些概念和理论始终没有被实验证实，因此一直游离在主流拓扑物理之外。

临界拓扑的艺术化表征：冰、水、气表征物质的相和相变，各种圆环结构表征不同的临界拓扑，即相变线上的拓扑。

联合团队基于蒋建华教授团队在2024年提出的声子测量方式，实现了对纠缠熵和纠缠谱的测量。由于临界拓扑态不具有能隙，传统理论和实验方法都无法测量和表征系统的拓扑性质。而纠缠谱不受是否存在能隙的限制，几乎成了表征临界拓扑态的唯一可靠方法。利用这一方法，联合团队实现了对临界拓扑态的测量和表征，并发现了拓扑导致的多临界现象（multicriticality），提升了对相变和临界现象的深刻认识。

此外，之前对临界拓扑态的理论研究主要集中一维系统中，二维及更高维的系统几乎没有研究。联合团队通过拓扑声子晶体设计，实现了二维系统的临界拓扑态，并在实验中直接观测到其存在，因此成功地将临界拓扑态扩展到了二维系统中。

值得一提的是，虽然半金属也是无能隙拓扑态，半金属的拓扑必须定义在有能隙的希尔伯特子空间中，因此和临界拓扑态存在本质的区别。此项研究明确地表明拓扑物理可以出现在无能隙的希尔伯特空间，对应的拓扑边界态构成一种连续谱中的拓扑局域态（topological BICs），在光学和声学系统中具有重要的应用价值。

在基础科学层面，临界拓扑态表明量子临界点（quantum critical points）可能具有拓扑特性。简而言之，量子相变也可以具有拓扑特性，甚至可以用拓扑指标来分类量子临界点，从而深化对相变和临界现象的理解。

深化校地合作赋能苏州产业升级

中国科大苏州高等研究院前身为中国科学技术大学苏州研究院，由中国科学技术大学与苏州市人民政府于2003年共建，是苏州独墅湖科教创新区最早入驻的高校之一。

2020年6月，为积极响应国家长三角一体化战略，中国科大与苏州市政府签约，在原苏州研究院基础上共建苏州高研院。校地双方以中国科学技术大学世界一流大学建设方案为引领，以苏州工业园区建设世界一流高科技园区为目标，建设苏州高研院。

双方共同致力于将苏州高研院打造成以新兴产业发展需求为导向、具有鲜明特色、世界一流的人才培养和科学研究机构，为地方产业升级和经济社会发展贡献力量。

来源：苏州新闻