什么是拓扑？它是近代开展起来的一个数学分支。简略地说，拓扑便是研讨有形的物体在接连变形下保持不变的全体性质。

  幻想一下，有一个用橡皮泥做的甜甜圈，将它接连变形拉伸成带把手的咖啡杯。这两个形状在拓扑结构上，具有共通特点，因为它们都有且只要一个“洞”。同理，从拓扑学来看，立方体和球体也具有相同的拓扑结构。

  从拓扑学到拓扑物态再到拓扑资料，近几十年来，拓扑学“跨界”到物理等多个学科，成为科学研讨的一大热门。

  近来，浙江大学相关物质研讨中心、物理学院研讨员徐远锋与美国普林斯顿大学等多个世界团队协作，系统研讨了晶体资料声子谱中的拓扑物态分类。经过理论剖析和高通量核算，研讨团队得到了一万多种晶体中声子谱的对称性特征和拓扑性质，并建立了拓扑声子资料数据库，为拓扑元素周期表增添了原子振荡的信息。相关研讨效果于北京时间2024年5月10日在世界尖端期刊《科学》上宣布。

  拓扑绝缘体资料具有奇特的边际导电通道性质，也便是说它不像惯例绝缘体那样完全不导电，而是在资料内部不导电的一起又在外表能够导电，具有特定自由度的电子在资料外表单向“奔驰”。在对称性的维护下，反向运动的电子之间不会相互搅扰，因而有望被使用于低功耗电子器件的规划和量子核算元器件的开发，并为新式动力资料和制造业的开展供给新思路。

  徐远锋长时间从事拓扑物态理论和资料核算研讨，近几年经过开展普适的理论办法主导完成了磁性拓扑电子资料和拓扑平带电子资料的分类和核算作业。

  “跟着拓扑能带理论的加快速度进行开展，由晶体对称性维护的拓扑电子态得到了系统研讨。在电子系统之外发现新式拓扑物态或‘准粒子’，探究拓扑物态与其它量子物态的内在联系已成为凝聚态物理范畴的前沿热门之一。”徐远锋说。

  拓扑声子是拓扑资料范畴近年来的后起之秀。与电子相同，固体资猜华夏子的振荡模式（声子）也能够界说拓扑性质，拓扑声子资料的研讨范畴包括物理学、资料学、声学等多个范畴，其使用远景也十分宽广。但是，在实在的三维晶体资猜中发现拓扑声子还存在很大的偶然性，寻觅进程反常困难，至今新式的拓扑声子物态以及抱负的拓扑声子资料仍然十分匮乏。

  “因为对晶体资猜中声子谱的勘探十分耗时耗力，假设没有老练的理论和数值模仿作为支撑，光靠做试验来发现拓扑声子资料无异于难如登天，咱们我们都期望能够学习拓扑电子态的相关理论办法来快速寻觅拓扑声子系统。”徐远锋说。

  声子是晶体资猜华夏子团体振荡激起的能量准粒子。跟电子等费米子比较，声子不具有自旋自由度，假如要构建它的拓扑分类理论，能够学习无自旋-轨迹耦合的电子系统。

  顺着这个思路，徐远锋与美国普林斯顿大学B. Andrei Bernevig教授等多个世界团队协作，选用无自旋的拓扑量子化学理论结合高通量核算的办法，对一万多种晶体资料的声子谱进行了解析，经过核算得到了声子谱的对称性特征和拓扑性质，包括丰厚的拓扑简并点或简并线、“脆拓扑”声子能带以及可类比电子共价键的“堵塞型拓扑”声子能带。经核算，超越一半的晶体资猜中存在着不相同的拓扑声子结构，这也向人们进一步展现了拓扑物态在声子系统中的普遍存在性。

  一起，团队还对一切资料的拓扑声子外表态进行了核算，并建立了拓扑声子资料数据库。翻开这个数据库，在元素周期表上任选一个元素，点击后就会跳出数据库中包括这个元素的一切晶体资料，再次点击就能够轻松查询到相关资料具体的对称性和拓扑信息，然后快速找到契合试验的晶体资料。

  有了这样一个巨大的数据库和明晰的索引目录，拓扑声子资料的试验发现将变得有迹可循。现在团队现已供给了上百种抱负拓扑声子候选资料，有用弥补了抱负拓扑电子资料匮乏的现状，为后续拓扑声子的试验勘探和使用供给理论支撑。

  “晶体资猜中存在丰厚的物理自由度，将电子和声子的自由度耦合起来有或许发生更风趣的新式拓扑物态和量子现象”，徐远锋对下一步作业规划进行了展望。

  徐远锋为论文的榜首作者兼一起通讯作者，普林斯顿大学B. A. Bernevig教授、N. Regnault教授以及巴斯克大学L. Elcoro教授为一起通讯作者。