波前位错揭示了准1D光子绝缘体的拓扑结构

       波前位错是一种基本且普遍存在的波现象，它源于波场相位的不确定性，在波场中，波的振幅消失。自1974年John Nye和Michael Berry的开创性工作以来，人们认识到，这种拓扑缺陷可以出现在任何波场中，而不管它的物理性质或色散关系如何。从流体物理、声学、电磁学到海洋潮汐和天文学，波前错位已经被观察到，甚至导致了一个被称为奇异光学的整个研究领域的诞生。在量子力学中，波阵面位错已经被预测与Aharonov–Bohm效应有关，并且最近在石墨烯的电子密度中观察到它们作为波函数Berry相位的表现。与此同时，拓扑学也在凝聚态物理中传播开来，产生了物质的拓扑相及其各种经典类似物，如拓扑光子学。在这种情况下，拓扑性质是由大量材料中的离域波函数的奇点来定义的。尽管如此，除了量子霍尔相位中量化电导率的开创性例子之外，它们的实验表现主要是间接的，如通过在系统边界存在无间隙激发。尽管有相同的奇异特征，波中的拓扑绝缘体和拓扑缺陷仍然是两个不同的领域。

       近日，来自法国国家科学研究中心、波尔多大学的Clément Dutreix等人通过显示波前位错作为离域波函数相位奇异性的直接证据来调和它们，并通过1D微波光子绝缘体中的驻波干涉来观察它。通过将绝缘体的整体拓扑与普遍存在的波动现象联系起来，他们开辟了一条通过真实空间干涉模式研究量子和经典拓扑系统的有前途的途径。相关研究工作发表在《Nature Communications》上。（詹若男）

       文章链接：Clément Dutreix et al. Wavefront dislocations reveal the topology of quasi-1D photonic insulators. Nature Communications (2021) 12:3571 https://doi.org/10.1038/s41467-021-23790-w