یک معیار مفید برای تشخیص رفتار توپولوژیکی فرمیون‌ها می‌تواند به سیستم‌های بوزونیک نیز گسترش یابد.

هنگامی که فیزیکدانان مطالعه مواد توپولوژیک را در دهه 1970 و 1980 آغاز کردند، تمرکز آنها بر رفتار غیر معمول الکترون در برخی از مواد جامد بود. در این جامدات، الکترون‌ها در امتداد سطح یا لبه ماده‌ای ،از جهات دیگر عایق، منتشر می‌شوند. اکنون رفتار مشابهی در آزمایشگاه با نور، امواج اسپینی ،و امواج ارتعاشی ایجاد شده‌است، اما هنوز یک سوال باز باقی‌مانده است که آیا این سیستم‌های بوزونیک را می‌توان با همان معیارهایِ توپولوژیکیِ ِمشخص کننده الکترون‌هایی که فرمیون هستند، توصیف کرد. شیانسی وانگ (Xiansi Wang ) و همکارانش در دانشگاه علوم و تکنولوژی نروژ (NTNU)هم اکنون از یک مدل نظری برای تایید اعتبار یک معیار مفید معروف به شاخص بات ( Bott) استفاده می‌کنند.

محققان یک شبکه لانه زنبوری بی‌نهایت بزرگ را در نظر می‌گیرند، که در آن هر نقطه دارای یک اسپین است که با همسایگان خود برهمکنش دارد. آنها سپس می‌فهمند که حالت‌های اسپینی تجمعی ،یا مگنون‌ها، می‌توانند شکل بگیرند. باآگاهی قبلی، برهمکنش‌های اسپینی انتخاب‌شده رفتار توپولوژیکی ایجاد می‌کنند - به این معنی که در امتداد لبه‌های شبکه حالت‌های مگنونی قوی وجود دارد. اما وانگ و همکارانش همچنین می‌پرسند وقتی که آنها شبکه را به اندازه محدود کاهش دهند، چه اتفاقی می‌افتد. شاخص بات برای توصیف رفتارهای توپولوژیکی اولیه در یک شبکه بریده‌شده الکترونی نشان داده‌شده‌است؛ تیم NTNU نشان می‌دهد این شاخص برای مگنون‌های بوزونی به همان ترتیب خوب کار می‌کند.

اعتبار سنجی کارکرد شاخص بات برای بوزون‌ها ممکن است در مطالعات آینده سیستم‌های توپولوژیکی مبتنی بر نور یا فونون‌ها کمک کند. اما مطالعه جدید همچنین ویژگی‌های جالب ،مختص مگنون‌ها را نشان می‌دهد. به عنوان مثال، وانگ و همکارانش دریافتند که برای پارامترهای معینی، مگنون‌های مدل آنها حالتی را تشکیل می‌دهد که قبلا عایق توپولوژیک اندرسون نامیده شده‌است، یک فاز الکترونی که حالات لبه به میزان بی‌نظمی بستگی دارد.

–جسیکا توماس

جسیکا توماس ویراستار مجله فیزیک است.

منبع : Phys. Rev. Lett. 125, 217202 (2020)