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▲第一作者：Weiyuan Tang
通讯作者：Kun Ding & Guancong Ma
通讯单位：Hong Kong Baptist University, Imperial College London & Hong Kong University of Science and Technology
DOI：10.1126/science.abd8872
背景介绍现实的物理系统主要由连续且可微分的物理定律来描述。而偶尔出现的奇异点即奇点通常需要奇点物理学来描述。在许多情况下，奇异性可以由拓扑不变性来表征。例如Weyl点是Berry势的奇点，两个相反电荷的Weyl点通过称为费米弧的光谱激励连接起来。同样，最近发现“ nexus fermions”是高简并点，通常以节点线的接吻点出现。在非Hermitian系统中可能会出现带有非零拓扑电荷、被称为异常点（EPs）的分支点奇点。环绕一个EPs时可能会发生模式切换，从而可能会产生分数拓扑电荷。EPs环和EPs面等EPs结构的发现进一步丰富了非Hermitian系统中的潜在拓扑类型。还发现2阶EPs（EP2s）可以具有相反符号的1/2拓扑电荷，从而导致了不可预期的大量费米弧。
但目前为止，所有研究都是仅涉及两个合并状态的EP2s。最近，光子学中3阶EPs（EP3s）等高阶EPs的实现为引人入胜的应用带来了新的可能性。
本文亮点1、理论和声学实验证明了三态非Hermitian系统中存在Eps这种“异常联系”（EX）的拓扑特性，它不仅是高阶EPs，而且还是多个异常弧（EAs）的尖端奇点。
2、由于参数空间被EAs分割，因此EX具有混合拓扑不变性（HTI），该混合不变性由与不同复杂平面上循环路径所累积的Berry相相关的不同绕组数组成。
3、本文的发现标志着人们在非Hermitian系统及其拓扑基本物理方面的重大进步，利用这些高阶EPs的奇异行为将开启相关应用的新纪元。
图文解析
▲图1. EAs的合并产生EX即EP3s
要点：
1、EP3s是两个或多个EP2s的合并，由定义的参数空间为实现EP2s结构提供了足够的自由度。
2、作者确定了EP2s的几种轨迹并称之为EAs。当三个不同状态的两个EAs收敛于（δA，δg）=（0，0）才能形成EX即EP3s。
▲图2. 声学实验观察到的EAs和EX
要点：
1、通过使用耦合声腔系统的声学实验，作者观察到了EAs和EX。
2、观察发现，EAs在EX附近施加了许多有趣的几何形状。
3、实验发现，这种EX的EPs除了是高阶EP3s外，还是完全由EP2s组成的多个EAs交点处的尖端奇点。
▲图3. 波函数测量表征EX的HTI
要点：
1、通过测量波函数的临界行为，利用HTI和特征向量相位刚度之间的关系来确认HTI，实现对HTI的实验表征。
2、高阶EPs可以拥有比在Hermitian系统中发现的拓扑特性更丰富的拓扑特性，通过遍历，可以出现更多的缠绕可能性。
3、如何在动量空间中实现这些新的拓扑物理学以及它们可以产生什么现象将是值得深入探究的有趣问题。
原文链接：
https://science.sciencemag.org/content/370/6520/1077
作者介绍
马冠聪（Guancong Ma）
马冠聪博士，2007年本科毕业于华南理工大学。2007至2012年就读于香港科技大学物理学系，取得物理学博士学位。博士期间主要从事声波超材料的研究。2012-2017 年分别在香港科技大学物理系和高等研究院任博士后研究员。现为香港浸会大学物理系助理教授。研究兴趣包括声波超材料，声子晶体，声拓扑，非厄米系统等相关的经典波现象。多次在国际顶级期刊Nature Materials, Nature Physics, Nature Communications, PNAS, Physical Review X, Physical Review Letters等发表文章约20篇，并于2016年在Science Advances发表关于声波超材料的综述，于2019年在Nature Reviews Physics发表关于拓扑声学的综述文章。马博士的近期工作亦被Physics Today等著名刊物广泛报道 。在国际著名会议META，PIERS等做邀请报告10余次，并担任META，Metamaterials等国际知名会议声波超材料和声子晶体分会场的组织者和会场主席。
课题组主页：https://www.acoustmeta.com/
Kun Ding
2004-2013，复旦大学本科、博士，
2013-2018，香港科技大学博士后研究员、研究助理教授，
2019-现在，帝国理工学院，研究助理。
https://orcid.org/0000-0002-0185-2227
Hash:c5b6139a849a7df6e8d4d9c8699a5d45d0694973
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