研究透视：等离子体准晶-四维拓扑守恒，如何改写光子器件设计？ | Science

等离子体准晶的四维守恒拓扑电荷矢量。

物理系统的对称性和拓扑性，以及决定拓扑性质的对称性，三者密切相关。准晶是有序系统，但没有平移或旋转对称性。理论工作表明，准晶可以理解为高维晶体在低维空间的投影。

今日，以色列理工学院（Technion-Israel Institute of Technology）Shai Tsesses，Guy Bartal等，在Science上发文，开发了基于等离子体激元的系统，用于研究该投影对拓扑不变量的影响。

当进入四维空间，并将向下投影到二维空间时，在等离子体准晶上，光波的复杂动力学表现出了四维拓扑电荷矢量的运动和相关的拓扑电荷守恒定律。这种方法，可用于研究更高维度的拓扑系统。

根据诺特定理Noether’s theorem，物理系统中的对称性与守恒量交织在一起。这些对称性，通常决定了系统的拓扑结构，随着维度的增加，系统的拓扑结构变得更加复杂。准晶既没有平移对称性，也没有整体旋转对称性，但本质上存在于对称性重新出现的高维空间中。

该项研究，报道发现了四维（4D）拓扑电荷矢量 topological charge vectors，支配着2D准晶的实空间拓扑，并揭示了内在守恒定律。

在五边形等离子体准晶格中，调控拓扑结构。相位分辨和时域近场显微镜表征表明，时间演化连续调节不同4D拓扑结构的2D投影。这一成果，有助于实验上探索4D及以上准晶的热力学性质和拓扑物理。

图1 研究准晶体中的位错及其合成拓扑荷：概念和实现。

图2: 五边形等离激元准晶格的相位分辨近场显微镜。

图3. 五边形中的拓扑电荷守恒等离激元准晶格