物性物理学：トポロジカル結晶絶縁体におけるバルク・回位対応

天然物質や人工物質の大半には結晶構造があり、そこから豊かなトポロジカル相が現れる。しかし、エッジ特性からバンドトポロジーを決定する実験に広く用いられているバルク・エッジ対応は、さまざまなトポロジカル結晶相の識別には不十分で、そのため、大きなトポロジカル結晶物質群の実験的な分類が課題となっている。回位は、至る所にある結晶欠陥で、理論的にはエッジより有効な結晶トポロジーのプローブになることが予測されているが、実験的にはまだ実証されていない。本論文では、回位における分数スペクトル電荷とロバストな束縛状態として現れるバルク・回位対応を、実験的に実証したことを報告する。分数回位電荷は、多くのトポロジカル結晶絶縁体（TCI）の基本的な特性である、対称性によって保護されたバルクの電荷パターンに由来する。さらに、回位におけるロバストな束縛状態は、TCIの二次的だが直接観測できる特性として現れる。我々は、再構成可能なフォトニック結晶を高次のトポロジーを有するフォトニックTCIとして用い、ポンプ–プローブ法と近接場検出測定によって、これらの顕著な特徴を観測した。また、分数電荷と局在状態の両方が、TCI相では回位に出現するが、自明相では消失することも示された。今回のバルク・回位対応の実験的実証は、トポロジカル物質研究における基礎的な現象とパラダイムを明らかにするものである。

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