跳至內容

使用者:Wenlongtian/粒子相態物質列表

維基百科,自由的百科全書

這是一份粒子物理學粒子清單,包括已知的和假設的基本粒子,以及由它們合成的複合粒子

粒子清單

基本粒子

[編輯]

基本粒子是沒有可測量的內在結構的粒子,就是說,它不是其他粒子的複合。它們是量子場論的基本物質。基本粒子可以根據它們的自旋分類,費米子有半整數自旋而玻色子有整數自旋。

標準模型

[編輯]
標準模型

「標準模型」所呈現的是我們目前對於基本粒子物理的了解,人們已觀測到所有標準模型中的粒子。

費米子(具有半整數自旋)

[編輯]

費米子具有半整數自旋,每個費米子都有對應的反粒子。費米子是所有物質的基本組成成份。費米子有兩種形式,一種是夸克另一種是輕子,它們最大的不同是前者有色荷交互作用而後者沒有。

  • 夸克具有三種色荷(colour)的特性,分別是R(紅)G(綠)B(藍),反夸克具有三種補色,分別是R(反紅 antired)、G(反綠 antigreen)、B(反藍 antiblue),有時也用互補色:R(青 cyan)、G(洋紅 magenta)、B(黃 yellow)來表示。
世代 同位旋 特點 名稱 符號 電荷e 質量(MeV/c2 反粒子 符號 電荷e
1 1/2 Iz=-1/2 下夸克 −1/3 4.7 反下夸克 +1/3
1/2 Iz=+1/2 上夸克 +2/3 2.2 反上夸克 −2/3
2 0 S=-1 奇夸克 −1/3 95 反奇夸克 +1/3
0 C=1 魅夸克 +2/3 1275 反魅夸克 −2/3
3 0 B=-1 底夸克 −1/3 4180 反底夸克 +1/3
0 T=1 頂夸克 +2/3 173000 ± 400 反頂夸克 −2/3
有電荷的粒子及其反粒子 中微子及反中微子
名稱 符號 電荷 質量MeV/c2 名稱 符號 電荷 質量MeV/c2
電子 / 正電子 −1 / +1 0.5109989461 ± 0.0000000031 電中微子 / 反電中微子 0 < 0.0000022
μ子 / 反μ子 −1 / +1 105.6583745 ± 0.00000024 μ中微子 / 反μ中微子 0 < 0.17
τ子 / 反τ子 −1 / +1 1776.86 ± 0.12 τ中微子 / 反τ中微子 0 < 15.5

玻色子(具有整數自旋)

[編輯]

玻色子有整數自旋基本交互作用是由規範玻色子傳遞,希格斯玻色子涉及到規範玻色子費米子獲得質量的機制。

名稱 符號 電荷(e 自旋 質量(GeV/c2 相互作用
光子 0 1 0 電磁相互作用
W玻色子 +1 / −1 1 80.379 ± 0.012 弱相互作用
Z玻色子 0 1 91.1876 ± 0.0021 弱相互作用
膠子 0 1 0 強相互作用
希格斯玻色子 0 0 125.18 ± 0.16 電弱交互作用
引力子(假想) 0 2 0 引力相互作用

每個膠子帶有一個單位色荷的顏色與一個單位色荷的反顏色。顏色可以是紅色藍色綠色。反顏色可以是反紅色反綠色反藍色。所以,膠子可能處於九種不同的色態,分別為

實際而言,膠子是處於這九種色態的線性獨立組合,色單態並不存在,所以只有八種色態,分別為

      

希格斯玻色子主要是為了解釋粒子質量的起源。在被稱為希格斯機制的過程中,希格斯玻色子和標準模型中的其他費米子通過的SU(2)規範對稱性的自發破缺獲得質量。

最小超對稱標準模型(MSSM)預測有多個希格斯玻色子()。

引力子被加在列表中,雖然它不是由標準模型預測的,但在量子場論等理論中是存在的。

假想的粒子

[編輯]

第四代費米子

[編輯]

超出標準模型的第四代費米子(即假想的第四代夸克第四代輕子),目前的理論和實驗還沒有完全排除存在的可能性,當前的理論研究主要集中在以下幾個方向:

  • CKM矩陣幺正性檢驗與第四代夸克的存在性:標準模型中三代夸克的味混合通過CKM矩陣描述,若矩陣的幺正性(即行或列元素平方和為1)被破壞,可能暗示第四代夸克的存在。通過精確測量核β衰變速率(如鋁同位素 的衰變),提取夸克振盪矩陣元 。若 ,則表明需要第四代夸克填補缺失的味自由度。2023年CERN的ISOLDE實驗測得 電荷半徑為 ,使CKM矩陣最上行平方和從 提升至 ,但仍低於1(偏差約2σ),支持第四代可能性。
  • 複合粒子模型與高能標對稱性恢復:在複合粒子模型中,第四代費米子可能由更基本的前子(Preon)通過強相互作用結合而成。例如,某些理論提出在能量標度 E≥5 TeV 時,標準模型的對稱性可能恢復為更高維度的規範對稱性(如),此時複合狄拉克粒子可能以第四代費米子的形式出現。這些粒子在低能標(約239.5 GeV)下表現為新的重質量態,其質量可能超過1 TeV以避免破壞電弱真空穩定性。LHC可通過多噴流+雙輕子(如 )或單輕子+橫能量缺失(中微子候選)等通道搜索重夸克對產生。
  • 擴展的左右對稱模型與第四代中微子:在左右對稱模型中,引入右手弱相互作用和右手中微子,可能包含第四代輕子。右手中微子與左手中微子的混合可能通過輕子數破缺效應貢獻到衰變振幅中,且由於右手弱流的存在,可避免螺旋度壓低效應。這類模型還能解釋中微子的質量等級問題,並為暗物質候選粒子(如惰性中微子)提供理論框架。第四代右手中微子的馬約拉納質量項通過蹺蹺板機制壓低前三代中微子質量,同時誘導無中微子雙β衰變()。實驗上若觀測到該過程,可能間接支持第四代輕子存在。第四代與前三代輕子的混合可能修正μ子磁矩(g-2)反常(當前實驗與理論偏差4.2σ),或通過稀有衰變(如 )提供線索。
  • 輕子夸克模型與第四種「顏色」對稱性:某些大統一理論提出擴展強力的色對稱性,引入第四種顏色(如「紫色」),試圖統一輕子與夸克。輕子被視為攜帶第四種顏色(紫色)的夸克,而標準模型的輕子不參與強力是因色禁閉僅作用於前三色(紅、綠、藍)。這種對稱性可能在高能標下恢復,允許輕子與夸克通過新相互作用轉化。此類模型可解釋魅夸克衰變異常(如 的輕子味普適性破壞),並預言新粒子(如輕子夸克)在TeV能標被對撞機探測。
  • 大統一理論(GUT)中的第四代預言:某些大統一模型通過對稱性擴展預言第四代費米子。味對稱性匹配問題,為保持輕子與夸克代數的對稱性(如標準模型三代輕子對應三代夸克),引入第四代可修復某些GUT模型的代數不對稱性。質量層級問題,第四代費米子可能通過新希格斯場或額外維度機制獲得重質量(>1 TeV),避免破壞電弱真空穩定性,同時通過混合修正希格斯耦合(如 的寬度異常)。
  • 超對稱擴展中的第四代超夥伴:在超對稱模型中,第四代費米子可能對應超對稱夥伴粒子(如第四代夸克對應的標量夸克)。這類模型通過引入額外的超對稱多重態,允許第四代費米子與超對稱粒子(如膠微子、中性微子)的混合,從而緩解味改變中性流(FCNC)的限制。此外,超對稱破缺能標可能通過「級列問題」影響第四代粒子的質量譜,例如在TeV能標附近生成重夸克和輕子。
  • 味對稱性擴展與第四代味混合:通過擴展標準模型的味對稱性(如 或離散對稱性),可引入第四代費米子並調控其與前三代的混合模式。例如:第四代頂夸克(t'),質量可能接近電弱標度(~1 TeV),通過與標準模型頂夸克混合,修正希格斯玻色子的耦合性質。第四代帶電輕子(τ'),可能通過混合影響μ子磁矩(g-2)反常,例如通過圈圖修正貢獻額外的磁矩偏差(目前實驗與理論偏差為4.2σ)。

超對稱粒子

[編輯]

根據超對稱理論的預測,標準模型中的每一個粒子都存在一個與其對應,自旋相差1/2的超對稱粒子(Superpartner)。雖然目前為止,超對稱粒子還沒有被實驗所證實,但是它們很有可能在歐洲大型強子對撞機中被發現。費米子的超粒子是超費米子(Sfermion),命名時在每種費米子前加一個s。玻色子的超粒子,命名時在每種玻色子後加一個ino。

超夸克(squarks,符號)是夸克對應的超對稱粒子,自旋為0。

超夸克
超夸克 規範本徵態 質量本徵態 自旋 R-宇稱 對應夸克 符號 自旋 R-宇稱
第一代
標量上夸克 Sup squark 0 -1 上夸克 12 +1
標量下夸克 Sdown squark 0 -1 下夸克 12 +1
第二代
標量粲夸克 Scharm squark 0 -1 粲夸克 12 +1
標量奇夸克 Sstrange squark 0 -1 奇夸克 12 +1
第三代
標量頂夸克 Stop squark 0 -1 頂夸克 12 +1
標量底夸克 Sbottom squark 0 -1 底夸克 12 +1


超輕子(Sleptons,符號)是輕子對應的超對稱粒子,自旋為0,包括標量電子標量μ子標量τ子標量中微子。許多標準模型的擴展提出,可能需要解釋LSND的結果。一個不參加除引力以外的任何相互作用的標量中微子,MSSM中右旋中微子相對應的粒子,被稱為惰性中微子(Sterile neutrino)。

超輕子
超輕子 規範本徵態 質量本徵態 自旋 R-宇稱 對應輕子 符號 自旋 R-宇稱
第一代
標量電子 Selectron 0 -1 電子 12 +1
標量電子中微子 Selectron sneutrino 0 -1 電子中微子 12 +1
第二代
標量μ子 Smuon 0 -1 μ子 12 +1
標量μ子中微子 Smuon sneutrino 0 -1 μ子中微子 12 +1
第三代
標量τ子 Stauon 0 -1 τ子 12 +1
標量τ子中微子 Stauon sneutrino 0 -1 τ子中微子 12 +1


超規範子(gaugino,符號)是規範玻色子對應的超對稱粒子

超規範子
超規範子 符號 本徵態 自旋 R-宇稱 規範場論 種類數 注釋 對應規範玻色子 符號 自旋 R-宇稱 種類數
馬約拉納費米子 Majorana fermion 對應 中性玻色子
超引力子 Gravitino 32 -1 1 引力子 2 +1 1
超膠子 gluino 12 -1 8 膠子 1 +1 8
超B子 Bino 12 -1 1 弱超電荷力 B玻色子 1 +1 1
超W子 Wino 12 -1 3 W玻色子 1 +1 1
超中性子 Neutralino
()

()
12 -1 4 混合態。 希格斯玻色子
Z玻色子光子
1 +1
超光子 photino 12 -1 1 混合態 光子 1 +1 1
超Z子 Zino 12 -1 1 混合態 Z玻色子 1 +1 1
狄拉克費米子 Dirac-Fermionen 對應 荷電玻色子
超荷子 chargino
()
/ ( / )
/ ( / )
12 -1 4 的線性組合。 希格斯玻色子
W玻色子
1 +1
帶電超W子 Wino 12 -1 2 混合態。 W玻色子 1 +1 2


超希格斯粒子(Higgsino,符號)是標量玻色子希格斯玻色子對應的超對稱粒子

超希格斯粒子
超希格斯粒子 符號 本徵態 自旋 R-宇稱 對稱性 種類數 注釋 對應希格斯玻色子 符號 自旋 R-宇稱 種類數
超希格斯粒子 12 -1 標量 2 希格斯玻色子 0 +1 1
中性超希格斯粒子 12 -1 標量 2 中性希格斯玻色子 0 +1 1
帶電超希格斯粒子 12 -1 標量 2 帶電希格斯玻色子 0 +1 2
贗標量超希格斯粒子 12 -1 贗標量 1 贗標量希格斯玻色子 0 +1 1

註:正如光子,Z玻色子和W±玻色子是B0, W0, W1 和 W2的疊加態。相對應地,超光子,zino和wino±是bino0, wino0, wino1 和 wino2的疊加態。

其它假想粒子

[編輯]

其它理論預言存在另外的粒子:

其它假設的粒子
名稱 自旋 注釋
引力子 graviton 2 解釋量子引力
有質量引力子 massive graviton 2 1、源於對廣義相對論的修正理論,例如雙度規理論(雙引力理論)。該理論提出存在兩種引力子:g型引力子:與物質耦合,可能具有微小質量,傳播速度低於光速;f型引力子:不與物質直接作用,保持無質量。 兩者的混合可能導致引力波在傳播過程中發生振盪(類似中微子振盪)。2、有質量引力理論(dRGT理論)通過引入質量項擴展了廣義相對論,允許引力子存在微小質量,同時保證與現有實驗觀測兼容。
多自旋引力子 0、1、2 多自旋可能性,若引力子質量不為零,允許存在自旋為0、1、2的玻色子作為引力載體。這些粒子在質量趨近於零時會退化為廣義相對論的標準引力子。
對偶引力子 dual graviton 2 在超引力的電磁對偶下的對偶引力子
超引力子 Gravitino 32 也叫引力微子、超級引力子(Supergraviton),超引力理論中的超對稱粒子,質量可能極重。
引力標量子 graviscalar 0 也稱為radion,出現在 Kaluza-Klein 理論中。
引力光子 graviphoton 1 也稱為gravivector
超光子 hyperphoton 0 與K介子衰變中的CP破壞相關的假設類光子粒子。
軸子 axion 0 用來解決CP守衡的問題,暗物質的一個可能的候選者。
超軸子 axino 12 也叫軸微子,解決CP守衡的問題在超對稱粒子上的擴展。
標量軸子 saxion 0 軸子的超級夥伴,與 axino 和 axion 一起在 Peccei-Quinn 理論的超對稱擴展中形成一個超多重態。
軸味子 axiflavon 0 也稱為味軸子 flaxion
膜子 branon 0、1 膜宇宙模型。
脹子 dilaton 0 一些弦理論的預測。時空度規漲落相關的准粒子,可能與宇宙學中的真空相變有關。
脹微子 dilatino 12 dilaton的超對稱粒子
暴脹子 inflaton 0 宇宙膨脹理論假設迄今仍不明的純量場和它的相關粒子。
曲率子 curvaton 0 暴脹子的伴侶,使膨脹模型更自然。
隱子 Crypton 2 引子,弦理論中的概念,宇宙中的基本單元不是點粒子,而是一維的弦,而引子就是弦的一種振動模式所對應的粒子。
磁單極子 Magnetic monopole 12 或 0 大統一理論GUT,僅帶有北極或南極的單一磁極(類似於只帶負電荷的電子),它們的磁感線分布類似於點電荷的電場線分布。這種粒子是一種帶有一個單位「磁荷」(類比於電荷)的粒子。
狄拉克磁單極子 Dirac monople 12 或 0 允許電荷量子化的單極子,磁場分布類似點電荷的電場,磁感線從單一磁極發散,但狄拉克弦的存在導致矢勢在特定方向上出現奇異性。
霍夫特-波利亞科夫磁單極子
t'Hooft-Polyakov monople
0 狄拉克單極子,但沒有狄拉克弦。基於大統一理論(GUT)中的希格斯機制和非阿貝爾規範場對稱性自發破缺。
吳-楊磁單極子 Wu–Yang monopole ?0 吳大峻-楊振寧磁單極子,利用纖維叢數學方法,將空間劃分為兩個半球區域,通過規範變換消除狄拉克弦的奇異性,構建無奇點的磁單極子模型。
雙荷子 Dyon 12 既帶電荷又帶磁荷的粒子,大統一理論GUT
偶極子 dipole 12
上極子 Anapole 12
磁光子 magnetic photon 1 磁單極和雙光子理論。
對偶光子 dual photon 1 電磁對偶下的光子對偶。
馬約拉納粒子 majoron 0 預測中微子質量機制,其反粒子是其本身。
馬約拉納費米子 majorana fermion 12 ; 32 ?... 超規範子(Gluinos)、超中性子(neutralinos)及其他。其反粒子是其本身。
戈德斯通玻色子 goldstone boson 0 或稱南部-戈德斯通玻色子、南部-金石玻色子、Nambu-Goldstone bosons,指連續對稱性被自發破缺後必定存在的零質量玻色粒子。
准戈德斯通費米子
quasi Goldstone fermions (QGF)
12 在近似超對稱破缺或軟破缺下獲得的具有微小質量的贗戈德斯通費米子。
超戈德斯通子 Goldstino 12 一種無質量費米子,是由超對稱性自發打破產生的費米子,是戈德斯通玻色子的超對稱對應粒子。 准戈德斯通費米子 quasi Goldstone fermions (QGF)
標量戈德斯通子 Sgoldstino 0 超戈德斯通子的超級夥伴。
壓力子 Pressuron 0 2013年提出的與引力和物質耦合的假想標量粒子。
對稱子 Symmetron 0 調節假想對稱場的第五種力。
X及Y玻色子 X and Y bosons 1 大統一理論GUT
W'及Z'玻色子 W' and Z' bosons 1 W+′, W′, Z′

假想的更基本粒子

[編輯]

理論上的夸克和輕子的結構模型:

  • 阿爾法子 alphon
  • 貝塔子 beiton
  • 宇子 cosmon
  • 族子 familon
  • 格里克子 gleak
  • 單子 haplon
  • 黑子 helons
  • 毛粒子 maon
  • 前子 preon(先子):正電前子、反正電前子、中性前子跟反中性前子。
  • 初子 rishon(粒生子):所有的輕子跟夸克都是由三個粒生子組成的,而這些由三個粒生子組成的粒子的自旋都是1/2。
    • T-粒生子(符號T,取自英語的Third(意即「第三」或「三分之一」,這是因為在模型中T-粒生子的電荷是+1/3e之故)
    • V-粒生子(符號V,取自英語的Vanish(意即「消失」,這是因為在模型中V-粒生子是電中性的之故)。
  • 技彩粒子 Technicolor:技彩理論是為解決電弱對稱性破缺問題而提出的超出標準模型的理論,以量子色動力學為模型,通過引入新的強相互作用,即技彩相互作用,來使W和Z玻色子獲得質量,而不是像標準模型那樣引入基本的希格斯玻色子。
    • 技夸克 Techniquarks:自旋12,技彩理論中類似夸克的粒子,具有分數電荷和色荷等性質,是構成其他複合粒子的基本單元,多個技夸克通過技彩相互作用可以形成不同的束縛態。
    • 技輕子 Technileptons:自旋12,類似於標準模型中的輕子,但參與技彩相互作用。它們與技夸克一起,是技彩理論中更基本的費米子。
    • 技膠子 Technigluons:自旋1,是技彩相互作用的傳播子,類似於量子色動力學中的膠子,負責傳遞技彩力,使技夸克相互作用並形成各種複合粒子。
  • 堆子 tweedle
  • 歐米伽子 omegon
  • 前夸克 prequark
  • 元始子 primons
  • 五斂子 quinks
  • 奎克 qwink
  • 亞夸克 subquark(次夸克)
  • 亞層子 substraton
  • Y粒子 Y-particle

複合粒子

[編輯]

強子

[編輯]
強子的八重道強子譜,d、u、s、c

所有受到強相互作用影響的亞原子粒子都被稱為強子

介子(玻色子)

[編輯]
π介子裡有一個上夸克和一個反下夸克。

介子由一個夸克和一個反夸克組成,夸克偶素(Quarkonium)由正反同一夸克構成的束縛態。

介子的角動量量子數 與 L = 0, 1, 2, 3
自旋S 角動量
算符
L
總角動量
量子數
J


宇稱P
P=(−1)L+1
C-宇稱C
C=(−1)L+S
JPC 介子的類型
0 0 0 + 0−+ 贗標量介子(Pseudoscalar meson)
1 1 + 1+− 贗矢量介子(Pseudovector meson)
2 2 + 2−+ 贗張量介子(Pseudotensor meson)
3 3 + 3+− 三階軸矢量介子(Triaxial-vector meson)
1 0 1 1−− 矢量介子(Vector meson)
1 2, 1, 0 + + 2++, 1++, 0++ 標量介子(Scalar meson)0++
軸矢量介子(Axial-vector meson)1++
張量介子(Tensor meson)2++
2 3, 2, 1 3−−, 2−−, 1−− 矢量介子(Vector meson)1−−
贗張量介子(Pseudotensor meson)2−−
三階矢量介子(Trivector meson)3−−
3 4, 3, 2 + + 4++, 3++, 2++ 張量介子(Tensor meson)2++
三階張量介子(Tritensor meson)3++
四階張量介子(Quadritensor meson)4++


介子的分類與命名

無味介子的命名(味量子數等於0)
JPC 0−+, 2−+, 4−+, ... 1+−, 3+−, 5+−, ... 1−−, 2−−, 3−−, ... 0++, 1++, 2++, ...
2S+1LJ I 1(S, D, …)J 1(P, F, …)J 3(S, D, …)J 3(P, F, …)J


1 π+
π0
π-
b+
b0
b-
ρ+
ρ0
ρ-
a+
a0
a-

0 η
η′
h
h′
ω
ϕ′
f
f′
0 ηc hc ψ†† χc
0 ηb hb ϒ χb
0 ηt ht θ χt
1 Πc Zc Rc Wc
1 Πb Zb Rb Wb
1 Πt Zt Rt Wt

C-宇稱只與中性介子有關。

††JPC=1−−(1³S1)時ψ介子被稱為J/ψ介子

由於一些符號可能指向一個以上的粒子,因此有一些額外的規則:

  • JPC=0的是標量介子JPC=1是矢量介子JPC=2是張量介子,對於其餘的介子,J 數字被添加到下標:a0a1χc1等。
  • (Pseudo-)表示P=-1的介子,(Axial-)表示P=+1的介子,高J態(J≥3)通常使用三階(tri-)、四階(quadri-)。
  • 對於大多數ψϒχ的狀態,通常會增加能級信息的表示:ϒ(1S)ϒ(2S)。第一個數字是主量子數,字母是能級符號L,省略了多重性,因為它隱含在符號中,J 在需要時標識:χb1(1P),如果沒有獲得能級信息,則在括號中添加質量(單位:MeV/c2):ϒ(9460)
  • 符號不能區分乾淨夸克態和膠球態,因此膠球使用同樣的標記方案。對於具有JPC奇異量子數 (JPC = 0−−,0+−、2+−、4+− …、1−+、3−+、5−+ …)的介子,使用與JP 相同介子的相同符號,將J標識出,同位旋(I=0)的JPC = 1−+標記為ω1。當粒子的量子數未知時被稱為X,Y,Z,在括號中用質量表示。
味介子的命名

  • 混合產生,短壽命的PC = +1),長壽命的PC = -1)。
  • 如果JP是正規級數,包括正宇稱 (JP = 0+, 2+, …)和負宇稱 (JP = 1, 3, …)在符號上添加上標()。
  • 如果不是贗標量介子(JP = 0)或矢量介子(JP = 1)將(JP)添加為符號下標。
  • 當介子的共振態已知時,在括號中加上。當共振狀態未知時,在括號中添加質量(單位:MeV/c2)。介子處於基態時,括號中不加任何東西。

重子(費米子)

[編輯]
質子裡有兩個上夸克和一個下夸克。

重子由三個夸克反夸克組成。雙夸克(Diquark)或雙夸克關聯/聚類是一個假設狀態,重子內的三個夸克分成兩組,相應的重子模型稱為夸克-雙夸克模型。雙夸克通常被視為一個亞原子粒子,第三夸克通過強相互作用與之相互作用。二夸克的存在是一個有爭議的問題,但它有助於解釋某些核子性質,並重現對核子結構敏感的實驗數據。

重子的角動量量子數 與 for L = 0, 1, 2, 3
自旋S 角動量算符L 總角動量量子數J
宇稱P
P=(−1)L
JP
1/2 0 1/2 + 1/2+
1 3/2, 1/2 3/2, 1/2
2 5/2, 3/2 + 5/2+, 3/2+
3 7/2, 5/2 7/2, 5/2
3/2 0 3/2 + 3/2+
1 5/2, 3/2, 1/2 5/2, 3/2, 1/2
2 7/2, 5/2, 3/2, 1/2 + 7/2+, 5/2+, 3/2+, 1/2+
3 9/2, 7/2, 5/2, 3/2 9/2, 7/2, 5/2, 3/2

重子的分類與命名

根據同位旋(I)和所含夸克的種類將重子分為兩類六組:

命名規則依據的是輕夸克(上夸克、下夸克、奇夸克)與重夸克(粲夸克、底夸克、頂夸克)的組合情況,規則涵蓋了六種夸克所有可能的三夸克組合的情況,包括包含頂夸克的組合:

  • 重子包含三個(
    u


d
)夸克:
N
(I = 1/2) 、
Δ
(I = 3/2)

  • 重子包含兩個(
    u


d
)夸克和一個(
s
)夸克:
Λ
(I = 0) 、
Σ
(I = 1),如果
s
夸克是重夸克(
c

b

t
)將夸克符號標為下標

  • 重子包含一個(
    u


d
)夸克和兩個(
s
)夸克:
Ξ
(I = 1/2),如果
s
夸克是重夸克(
c

b

t
)將夸克符號標為下標

  • 重子沒有包含(
    u


d
)夸克,包含了三個(
s
)夸克:
Ω
(I = 0),如果
s
夸克是重夸克(
c

b

t
)將夸克符號標為下標

  • 對於重子強衰變粒子,JP值被視為其名稱的一部份,共振態的質量添加在括號中(單位:MeV/c2)。
重子 核子(N) Δ重子 Λ重子 Σ重子 Ξ重子 Ω重子
包含()夸克 3 2 1 0
包含()夸克 0 1 2 3
同位旋 () 12 32 0 1 12 0
2 4 1 3 2 1

實際使用時還有一些額外的規則對重子之間進行區別,會用到一些不同的符號:

  • 只含有一種夸克的重子(如 uuu 和 ddd)存在 JP = 32+ 組態,而 JP = 12+ 組態是泡利不相容原理所不允許的。
  • 含有二種夸克的重子(如 uud 和 uus)和三種夸克的重子(如 uds 和 udc)可以存在JP = 12+JP = 32+ 兩種組態,添加上標()區別。
  • 含有三種夸克的重子(例如 uds 和 udc)可以存在JP = 12+ 的兩種組態。添加上標()區別。
  • 根據重子的電荷數添加上標(0+-)。


重子的命名
N 夸克 JP


Σ JP=12+ 夸克 JP Σ JP=32+ 夸克 JP ΞJP=12+ 夸克 JP ΞJP=32+ 夸克 JP ΩJP=12+ 夸克 JP ΩJP=32+ 夸克 JP

p
/
p+
/
N+

u


u

d

12+
Σ+

u


u

s

12+
Σ∗+

u


u

s

32+
Ξ0

u


s

s

12+*
Ξ∗0

u


s

s

32+
Ω

s


s

s

32+

n
/
n0
/
N0

u


d

d

12+
Σ0

u


d

s

12+
Σ∗0

u


d

s

32+
Ξ

d


s

s

12+*
Ξ∗−

d


s

s

32+
Ω0
c

s


s

c

12+
Ω∗0
c

s


s

c

32+

Σ

d


d

s

12+
Σ∗−

d


d

s

32+
Ξ+
c

u


s

c

12* +*
Ξ∗+
c

u


s

c

32+
Ω
b

s


s

b

12+
Ω∗−
b

s


s

b

32+
Δ 夸克 JP
Σ++
c

u


u

c

12+
Σ∗++
c

u


u

c

32+
Ξ0
c

d


s

c

12* +*
Ξ0
c

d


s

c

32+
Ω+
cc

s


c

c

12+
Ω∗+
cc

s


c

c

32+

Δ++

u


u

u

32+
Σ+
c

u


d

c

12+
Σ∗+
c

u


d

c

32+
Ξ′+
c

u


s

c

12+
Ω0
cb

s


c

b

12+
Ω∗0
cb

s


c

b

32+

Δ+

u


u

d

32+
Σ0
c

d


d

c

12+
Σ∗0
c

d


d

c

32+
Ξ′0
c

d


s

c

12+
Ω′0
cb

s


c

b

12+

Δ0

u


d

d

32+
Σ+
b

u


u

b

12+
Σ∗+
b

u


u

b

32+
Ξ++
cc

u


c

c

12* +*
Ξ∗++
cc

u


c

c

32+
Ω
bb

s


b

b

12+
Ω∗−
bb

s


b

b

32+

Δ

d


d

d

32+
Σ0
b

u


d

b

12+
Σ∗0
b

u


d

b

32+
Ξ+
cc

d


c

c

12* +*
Ξ∗+
cc

d


c

c

32+
Ω++
ccc

c


c

c

32+

Σ
b

d


d

b

12+
Σ∗−
b

d


d

b

32+
Ξ0
b

u


s

b

12* +*
Ξ∗0
b

u


s

b

32+
Ω+
ccb

c


c

b

12+
Ω∗+
ccb

c


c

b

32+
Λ 夸克 JP
Σ++
t

u


u

t

12+
Σ∗++
t

u


u

t

32+
Ξ
b

d


s

b

12* +*
Ξ∗−
b

d


s

b

32+
Ω0
cbb

c


b

b

12+
Ω∗0
cbb

c


b

b

32+

Λ0

u


d

s

12+
Σ+
t

u


d

t

12+
Σ∗+
t

u


d

t

32+
Ξ′0
b

u


s

b

12+
Ω
bbb

b


b

b

32+

Λ+
c

u


d

c

12+
Σ0
t

d


d

t

12+
Σ∗0
t

d


d

t

32+
Ξ′
b

d


s

b

12+

Λ0
b

u


d

b

12+
Ξ0
bb

u


b

b

12* +*
Ξ∗0
bb

u


b

b

32+

Λ+
t

u


d

t

32+
Ξ
bb

d


b

b

12* +*
Ξ∗−
bb

d


b

b

32+

Ξ+
cb

u


c

b

12* +
Ξ∗+
cb

u


c

b

32+

Ξ0
cb

d


c

b

12* +*
Ξ∗0
cb

d


c

b

32+

非常規強子態

[編輯]

非常規(nonconventional)強子態,奇異強子(Exotic hadron),也稱為外來態或奇異態(exotic states),QCD理論不禁止包含的基本粒子不是2個或者3個夸克的強子

  • 膠球(Glueball):
  • 混雜態(Hybrid):
  • 多夸克態(Multiquark state):
  • 分子態(Molecule):

非常規強子的暫時命名:

  • X:包含有未知的量子數,以及所有不是Y的中性粒子
  • Y:矢量粒子,即JPC = 1−−
  • Z:帶電粒子

奇異介子,由多於一個夸克和一個反夸克組成或由純膠球組成自旋總是整數

  • 具有JPC奇異量子數 (JPC = 0−−,0+−、2+−、4+− …、1−+、3−+、5−+ …)的介子。
  • 膠球(Glueballs或Gluonium)- 由兩個膠子或三個膠子組成,膠子與膠子之間通過自耦合,形成束縛態。
    • 質子之間的碰撞交換的偶數膠子球是坡密子(Pomeron)。
    • 質子之間的碰撞交換的奇數膠子球是奇數子(odderon)。
  • 四夸克態(Tetraquark)- 由兩個夸克和兩個反夸克組成束縛態,或者由兩個夸克組成分子態即介子分子(Mesonic molecule)和介子偶素(mesonium),還可能存在的組合方式雙夸克偶素(Diquark-onium,正夸克對與反夸克對的束縛態),強子夸克偶素(Hadro-quarkonium),夸克偶素伴隨介子(Quarkonium adjoint Meson)。
  • 六夸克態(Hexquark)- 由三個夸克反夸克對組成束縛態,或者由三對夸克反夸克對組成分子態。
  • 介子混雜態(hybrid mesons)- 夸克膠子混雜態(Hybrids)-由一個夸克和一個反夸克與一個膠子形成混雜態。

奇異重子,由多於三個夸克或和三個反夸克組成自旋總是半整數

  • 五夸克態(Pentaquark)- 是由四個夸克和一個反夸克組成束縛態,或者由重子和介子組成分子態即重子介子分子(baryonic-mesonic molecules)。
  • 雙重子態(Dibaryo)- 由兩個重子組成束縛態即重子分子(baryonic molecules),具有六個夸克或六個反夸克。
  • 重子偶素(Baryonium)- 由重子反重子組成束縛態。
  • 七夸克態(Heptaquark)- 由五個夸克和兩個反夸克組成。
  • 重子混雜態(hybrid baryons)- 夸克膠子混雜態(Hybrids)由三個夸克或三個反夸克與一個膠子形成混合態。
  • 超對稱R-重子- 具有三個夸克或三個反夸克和一顆超膠子組成。

原子核

[編輯]
一個原子的示意圖,原子中紅色的是質子,紫色的是中子,而外圍黑色的暈就是電子雲

每一種原子核都有特定數量的中子質子,一種原子核會以衰變的方式變成另一種原子核。

奇特原子核:僅含有質子或者中子中的一種的核素。

  • 雙質子 Diproton,指僅含有2個質子、不包含任何中子核素,一種假想的氦同位素,因此又稱為氦-2(Helium-2,2
    He
    )。
  • 三質子 Triproton,指僅由三顆質子所組成,沒有中子的核素,一種假想的鋰同位素,因此又稱為鋰-3(Lithium-3,3
    Li
    )。
  • 0號元素 Neutronium,又被稱為中子元素(Neutrium),僅含中子,不含質子的一種元素,或純粹只由中子組成的物質。
    • 雙中子 Dineutron,一種僅含有中子的核素。
    • 多中子 multineutron,多個中子形成一個原子核。
      • 四中子 Tetraneutron,四個中子形成一個原子核。六中子 Hexaneutron、八中子 Octaneutron計算表明,由六個、八個存在可能性比較大。
      • 三中子 Trineutron、五中子 Pentaneutron、七中子 Heptaneutron,計算表明,由三個、五個和七個中子組成的假想五中子態存在可能性不大。

原子

[編輯]

原子是能區分出化學元素的最小粒子。典型原子的直徑大約是10-8厘米,原子是由一團電子雲環繞著一個相對很小的原子核所構成。

里德伯態

[編輯]
  • 里德伯原子(Rydberg atom)是具有高激發態電子(主量子數n很大)的原子。里德伯原子中只有一個電子處於很高的激發態,離原子實(原子核和其餘的電子)很遠,原子實對這個電子的庫侖作用可視為一個點電荷,因此可以將里德伯原子看作類氫原子。目前實驗室中已經製備出n≈105的原子,射電天文已經觀測到了n≈630的里德伯原子。
  • 里德伯分子(Rydberg molecule)是是通過兩個原子形成的,其中一個是里德伯原子,另一個是正常原子。氦二(Dihelium) (He2*) 是已知第一種里德伯分子。
  • 里德伯極化子(Rydberg polaron)是一種奇異的物質狀態,在超低溫下產生,其中一個非常大的原子在原子核和電子之間的空間中含有其他普通原子。為了形成這個原子,必須將原子物理的玻色-愛因斯坦凝聚體和里德堡原子兩個領域結合起來。

超原子

[編輯]

超原子(Superatoms)是由多個原子組成的特定團簇具有類似於原子特性的穩定結構單元,其物理和化學性質隨所含原子的組分、數目和結構的不同而變化。團簇可以模擬元素周期表中單個原子的性質,如原子中電子狀態的幻數特徵、原子軌道以及氧化還原特性等。一個顯著特點是在它與其他原子或團簇化合時能保持自身結構和性質的完整性。

奇異原子

[編輯]

指與一般原子構成不同的原子,奇異原子是像正電子反質子緲子反緲子π介子K介子超子等由不穩定的粒子代替質子中子電子等穩定粒子構成的,壽命都不長。偶素是粒子及其反粒子的束縛態,英文命名是在該粒子名後加後綴-onium。奇異原子也能形成分子緲子偶素就已經合成氯化緲子偶素(MuCl)和緲子偶素化鈉(NaMu)。[1]

  • 輕子束縛態:兩個輕子的束縛態。
  • 輕子原子:輕子繞原子核旋轉。
  • 雙強子原子:強子繞原子核旋轉,分為介子原子(mesonic atom)、雙介子原子(dimeson atom)、重子原子(baryonic atom)。
  • 核束縛態:原子核內有介子或超子,可分為介子核(Mesonucleus)和超核(Hypernucleus)。
  • 強子分子態:由兩個或兩個以上重子通過強相互作用結合形成,介子偶素介子分子(含雙介子態)、重子分子(含雙重子態)、重子偶素重子介子分子。重子分子是氫-1以外所有元素的原子核以及雙重子態和超核。
  • 反物質(Antimatter)

超對稱複合粒子

[編輯]

超對稱費米子會形成複合粒子,可以是原子和分子態,甚至還可以是准晶體的相態,但這需要引入額外維度的存在。

分子

[編輯]

分子是能單獨存在、並保持純物質的化學性質的最小粒子,分子由多個原子在共價鍵中透過共用電子連接一起而形成。

凝聚態準粒子

[編輯]

凝聚體物理學的場方程跟高能量粒子物理學所用到的非常相似。因此粒子物理學的大部份理論都能被應用於凝聚體物理學,在凝聚態物理學上,類似於在相互作用粒子系統中的一個實體,當實體中的一個粒子在系統中朝一定方向運動,環繞該粒子的其它粒子云因為其間的相互作用而類似與被拖拽着向某個方向運動,這一系統就像一個自由運動着的整體,也就是一個準粒子元激發(elementary excitation)是指物質中粒子之間、粒子自旋之間、帶電粒子與電磁波之間各有相互作用,從而產生粒子的各種集體運動,通常表現為不同的振動或波動,其能量量子就是元激發。因其具有粒子的性狀,又稱准粒子。在凝聚態物理中,引入這樣一個「准粒子」的概念非常重要。準粒子主要有:

來自實驗的異常粒子

[編輯]

這些假想粒子是為了解釋不尋常的實驗結果而被發現或假設的。它們與實驗異常有關,但尚未獨立再現,或可能是由於實驗誤差造成的:

名字 異常日期 異常原因 詳情
N射線 1903 普羅斯珀-勒內·布隆德洛特 一種未知形式的輻射
錯誤輕粒子 Oops-Leon 1976 費米國立加速器實驗室 6 GeV 共振
情人節單極子 1982 布拉斯·卡布雷拉·納瓦羅 1982年2月14日檢測到單個磁單極子
美舒嘎粒子 Meshugatron 1989 弗萊許曼-龐斯實驗 由 Edward Teller 在 1989 年預測,試圖解釋冷核聚變
天啊粒子 Oh-My-God particle 1991 高分辨率蠅眼宇宙射線探測器 320 EeV 宇宙射線,截至 2015 年探測到的能量最高的超高能宇宙射線
天照粒子 Amaterasu particle 2021 望遠鏡陣列項目 超高能宇宙射線,能量超過240埃電子伏特(EeV)
X17粒子 2015 匈牙利科學院核研究所 由阿提拉卡撒茲納霍凱(Attila Krasznahorkay)領導的匈牙利團隊,假設新的矢量玻色子來解釋鈹8核和氦核核核轉變期間產生的粒子軌跡路徑中觀察到的廣角。這至少是該團隊宣布的第四種新粒子,其它包括2001年(9兆電子伏)異常、2005年(多粒子)異常和2008年(12兆電子伏)異常,所有的這些都被證明是不可信的。
750 GeV 雙光子 2015 大型強子對撞機. 750 GeV 玻色子特徵共振,Ϝ(digamma)

其他粒子

[編輯]
  • 不是玻色子或費米子的基本粒子:
    • 仲粒子 Paraparticles,可以在三維空間中存在並遵循仲統計(parastatistics)的奇異粒子。
    • 辮結子 Plekton,遵循辮群統計 (braid statistics)的粒子,在2+1維量子場論中,其散射狀態遵循特定的 Haag-Ruelle 散射理論。
    • 任意子 Anyon,遵守分數統計 (fractional statistics)的粒子,它描述一類只在二維系統中出現的粒子,它是對費米子和玻色子概念的廣義化。
      • 阿貝爾任意子
      • 非阿貝爾任意子
  • 時序子 chronon,由物理學家Robert Lévi提出(1927年),指代時間的最小離散單位(類似空間中的普朗克長度),用於探索時間是否具有量子化的基本單元。
  • 宇宙子 Cosmon 或 cosmonium,反宇宙子 anticosmon,包含大爆炸前可觀測宇宙的假設狀態。
  • 弗里德曼粒子 Friedmon,由物理學家R. Friedberg和T.D. Lee在1980年代提出,是一種基於玻色子場模型的假想粒子,用於描述核子(如質子和中子)的結構。該模型嘗試通過非線性標量場方程將核子視為拓撲孤子解。
  • 伽利略子 Galileon,是修改引力理論中的一類標量場模型,其拉格朗日量具有特殊的伽利略對稱性(Galilean symmetry)。
  • 引力電磁體 Geon(gravitational electromagnetic entity),也叫真子,電磁波或引力波通過自身能量場的引力吸引下聚集在一個封閉的區域內。
  • 傑能子 Genon
  • 卡魯扎-克萊因粒子 Kaluza-Klein towers,是由一些額外維度模型預測,表現為四維時空以外的額外維的額外質量。粒子的自旋由高維場的自旋屬性決定,引力相關的KK塔粒子自旋為2(源自高維引力子分解);矢量場相關的KK塔粒子自旋為1;標量場相關的KK塔粒子自旋為0。
  • 輕子夸克 Leptoquark,假設既不是玻色子也不是費米子,但帶有輕子和重子數的粒子。
  • 最大粒子 Maximon
  • 最小粒子 Minimon
  • 微黑洞 Micro black hole,亞原子大小的黑洞。
    • 黑洞電子 Black hole electron,具有電子特性的微觀黑洞。
  • 鏡像粒子 Mirror particles,假設每個粒子有一個鏡像夥伴,鏡像反射對稱性就可以存在,稱對稱性就可以恢復,宇稱也可以根據希格斯勢自發破缺。鏡像粒子之間的相互作用方式與普通粒子相同,只是普通粒子具有左手相互作用,而鏡像粒子具有右手相互作用。在宇稱對稱性未破缺的情況下,粒子的質量與鏡像粒子相同,而在宇稱對稱性破缺的情況下,鏡像粒子的質量會更輕或更重。
    • 反射子 Katoptron,根據 Katoptron模型,鏡像物質能產生一種有效的希格斯機制,負責電弱對稱性破缺。鏡像費米子獲得了1TeV量級的質量,因為它們與額外的規範相互作用相互作用,不僅在電弱相互作用的特徵能量尺度附近變得很強,而且在普朗克能量尺度附近的更大規範對稱性下與標準模型相互作用在理論上是統一的。
  • 非拓撲孤子 Non-topological soliton,在量子場論中一種孤子場構型,與拓撲態相反,它具有守恆的諾特荷。它的內部區域被真空占據,這與環境真空不同,真空由它的表面分隔,代表疇壁構型(拓撲缺陷),這也出現在離散對稱性被打破的場論中。組成了星,孤子星費米球(Fermi ball)。
  • 普朗克粒子 Planck particle
  • 斯格明子 Skyrmion,最早由英國粒子物理學家托尼·斯格明(Tony Skyrme)於1961年提出局域孤子模型來表示一類核子的拓撲結構,是一種局域在二維平面的三維自旋矢量場,表現為拓撲穩定的自旋紋理。
    • 核斯格明子 Nuclear Skyrmion,粒子物理中用以核子模型的拓撲孤子。
  • 虛假粒子 spurion(模方為零的粒子)
  • 弦球 Stringball
  • 極高能宇宙射線 ultra-high energy cosmic ray(UHECR)
  • 外爾玻色子 Weyl Boson:外爾共形引力理論為滿足定域標度不變性而引入的規範場量子,其核心作用在於修正時空聯絡並維持理論對稱性。
  • 維格納粒子 Wigner particles,尤金·維格納(Eugene Wigner)提出了多種非常規的粒子概念,這些「奇特粒子」通常源於他對時空對稱性(特別是龐加萊群表示)和量子力學極限的深刻探索。
    • 連續自旋粒子 Continuous spin particle,也稱無限自旋粒子,是量子場論中一類特殊的無質量粒子,其自旋自由度表現為連續而非離散的譜。這一概念源於1939年尤金·維格納(Eugene Wigner)對龐加萊群不可約表示的分類,在無質量粒子的情況下,小群為 (二維歐幾里得群),平移生成元 的表示非平凡,導致自旋自由度連續變化。若其內稟角動量不取離散的螺旋度(helicity)值,而是依賴於一個連續的參數描述,對應連續自旋或無限自旋。其自旋參數連續變化,導致理論需要無限多的高自旋態。其拉格朗日量通常包含高階導數或非局域性,這使得物理詮釋和計算變得複雜。近年被一些理論物理學家重新審視,作為暗物質候選者或高維理論的可能產物。
    • 高自旋無質量粒子 Higher-Spin Massless Particles,維格納在1939年對龐加萊群無質量表示的分類中,理論上允許高自旋()的無質量粒子,螺旋度 可以取更高的離散值,如 (而不是光子的 )。與連續自旋粒子不同,這些粒子的自旋自由度仍是離散的,但自旋值高於已知粒子。引力子()是理論上最有可能的高自旋無質量粒子,但尚未直接觀測到。更高自旋(如 )的粒子在標準模型中不存在,因其場論構建困難(Weinberg-Witten定理限制了高自旋粒子的相互作用)。維格納的分類為這些粒子的數學可能性提供了基礎,但具體物理實現由(如Weinberg、Fronsdal)等人發展。
    • 假設自旋粒子 Hypothetical Spin Modifications,維格納在研究時間反演和對稱性時,提出過自旋表示的非常規修改,與的非傳統假設相關。自旋值可能不限於整數或半整數,而是某種虛構或分數形式(如分數統計 的類粒子)。維格納的關注點是四維時空。
    • 非傳統自旋統計粒子 Non-traditional spin statistical particles,維格納提出用時空對稱群的投影表示來描述基本粒子,並預言了新的粒子,這些粒子在時間反演下的行為並不依賴於其自旋大小,即可以不等於。若不再依賴自旋,則可能導出兩類非傳統粒子,整數自旋費米子(half-integer spin fermion),自旋為整數,但,此類粒子需服從費米統計,但自旋為整數。半整數自旋玻色子(half-integer spin boson),自旋為半整數,但,此類粒子服從玻色統計,但自旋為半整數。
    • 雙重態費米子 two-fold fermion,1964年維格納提出了一種可能的新型費米子理論,除了自旋自由度,還存在一個離散自由度 ,稱為「維格納簡併性」,使每個動量狀態有四重簡併:,其對稱性群的投影表示允許新的統計行為。 自由度源自宇稱()和時間反演()對稱性的非常規表示,可能導致自旋與統計關聯的修正。
    • 虛質量粒子 Complex mass particles,1939年維格納的龐加萊群分類中已包含的情況,後續由他人(如Sudarshan和Feinberg)進一步發展為快子(Tachyons)。質量平方為負(),對應虛質量,超光速傳播,四動量滿足,小群為(二維洛倫茲群),表示複雜且非常規。
    • 維格納負能量狀態粒子 Wigner Negative Energy States particles,反粒子與正粒子的非常規區分,1939年維格納討論了龐加萊群表示中的正能量和負能量解,對於有質量粒子(),龐加萊群表示包含正能量()和負能量()解。負能量解通常被解釋為反粒子(如狄拉克方程中的正電子),但維格納可能考慮過這些解的非常規解釋。如果負能量狀態不完全等同於反粒子,而是某種獨立實體,可能導致新的粒子類型。這與時間反演或 對稱性的非常規應用有關。
  • 龐加萊群新粒子 Poincaré group novel Particles ,龐加萊群(即閔可夫斯基時空的對稱群)由洛倫茲變換(旋轉和助推)和平移組成,是粒子物理學中描述時空對稱性的核心數學結構。基於龐加萊群的不可約表示,魏格納(Eugene Wigner)奠定了基本粒子分類的基礎,但許多其他物理學家在此基礎上進一步發展了理論,提出了新的粒子預言。
    • 無質量高自旋粒子 Massless Higher-Spin Particles,Mikhail Vasiliev 發展了高自旋引力理論(Higher-Spin Gravity),基於龐加萊群的零質量表示,允許自旋 的無質量粒子的存在。這些粒子通常出現在反德西特(AdS)空間中,與AdS/CFT對應相關。自旋,可能是引力子()的推廣。這些粒子符合龐加萊群零質量表示的擴展,但需要額外對稱性(如高自旋代數)支持。
    • 李-威克幽靈粒子 Lee-Wick Ghost Particles,由T.D. Lee 和 G.C. Wick 提出了一種量子場論修正,引入高階導數項以改善發散問題。這導致預言了具有負規範(negative norm)的幽靈粒子。可以是正質量或虛質量粒子,具有異常的統計性質(如負概率)。這些粒子的動力學仍需滿足龐加萊不變性,但其負規範狀態挑戰了標準表示的物理意義。
    • Elko粒子 Elko(Eigenspinors of the Charge Conjugation Operator) Particles,Elko是一種非標準自旋表示,基於龐加萊群的數學結構,提出了不同於Dirac或Weyl自旋的新型費米子。源於龐加萊群表示的非常規實現,不滿足標準Weyl或Majorana條件。自旋,但具有獨特的質量維度和暗物質候選性質。
    • 非粒子 Unparticle,源於標度不變(scale-invariant)場論,不具有固定質量,而是連續的質量譜,表現為分數維度物體。龐加萊群表示的非標準推廣。
    • 無限分量場粒子 Infinite Component Fields Particles,由 Eugene Wigner、Markus Fierz、Hermann Weyl 等提出,龐加萊群的不可約表示通常是有限維的(如自旋),但理論上允許無限維表示。這些表示可能對應無限分量場,描述具有無限多自旋狀態的奇異實體。無限自旋粒子 Infinite Spin Particles,質量可以是正值或零值,表現為連續或離散自旋譜的複合態。
    • 小群擴展中的奇異粒子 Little Group extensions Strange particles,龐加萊群的不可約表示依賴於其小群(Little Group),如正質量粒子的、零質量粒子的 等。一些理論家探索了非標準小群的可能性,預言奇異粒子。非標準螺旋度粒子 Non standard helicity particles,零質量情況下,小群可能是更複雜的結構(如連續對稱性),導致非整數螺旋度。這些粒子是對零質量表示的非常規擴展。
    • 福克-斯圖克爾伯格粒子 Fock-Stueckelberg particles,由 Vladimir Fock、Ernst Stueckelberg 提出了一種量子場論框架,允許虛質量粒子的存在,並通過重整化解釋快子(tachyons)的因果性問題。修正快子 Correcting tachyons,虛質量(),但通過場論技巧避免因果悖論。
    • 宇宙遺蹟粒子 Cosmological Relic Particles,在 Alan Guth 暴脹宇宙學理論中,龐加萊群的時空對稱性可能在早期宇宙被打破,導致奇異粒子的產生。暴脹子衰變粒子 inflaton decay particle,正質量或零質量,可能具有非標準自旋或耦合。重引力子 Massive Gravitons,如果引力子有微小質量(偏離龐加萊群零質量表示),可能是宇宙遺蹟。
  • 來自過時的理論的粒子
    • 熱射線 Caloric rays,直到 19 世紀一直用來解釋熱輻射。
    • 光小體 Light corpuscles,假想的經典粒子,用來解釋光學現象。
    • 燃素 Phlogiston,假想的物質中的可燃成分,18世紀前用來解釋熱力學。
    • 超凡粒子 Ultramundane corpuscles,來自勒薩吉 Le Sage's 的引力理論,用來解釋引力現象。

暗物質理論的粒子

[編輯]

暗能量候選者

[編輯]
  • 加速子 Acceleron,將中微子質量與暗能量聯繫起來的粒子。
  • 變色龍粒子 Chameleon particle,暗能量候選者,與物質的耦合比引力弱,具有非線性可變的有效質量。

暗物質候選者

[編輯]
  • 軸子 Axion
  • 超軸子 Axino
  • 重軸子 heavy axions,超重暗物質的候選者,其暗物質的殘餘密度源於宇宙膨脹期間的量子漲落。 axion( axion(重)、 axion(輕))、 axion(重)、 axion(輕、模糊暗物質或早期暗能量候選者)、 axion(基本軸子)
  • 上極子 Anapole
  • 黑洞殘餘體 black hole remnants,微小原始黑洞的殘留物。
  • 暗膠球 Dark Glueballs
  • 暗光子 Dark photon,會同任何攜帶負電荷的物體相互作用,不過比普通光子更重。
  • 暗荷原始黑洞 Dark-charge primordial black hole
  • d*六夸克態 d* hexaquark
  • Elko粒子 Elko(Eigenspinors of the Charge Conjugation Operator) Particles,具有獨特的質量維度和暗物質候選性質。
  • 費米球 Fermi ball,可以建模為一種非拓撲孤子。作為暗物質的候選解釋,可能與宇宙一階相變形成原始黑洞有關。
  • 戈德斯通費米子 goldstone fermion,暗物質候選
  • 黑洞子 Holeum,是假設的穩定的、量子化的原始或微型黑洞的引力束縛態。
  • 瞬子 Instanton,光子與膠子的融合漩渦,其場為軸子場。
  • 質量維度一費米子 mass dimension one fermions,半自旋非狄拉克費米子,暗物質的候選者
  • 迷你電荷粒子 Minicharged particle
  • 鏡像粒子 Mirror particles
  • 超中性子 Neutralino 中性微子
  • 惰性中微子 Sterile neutrino
  • 奇異夸克團 Strangelet,假想粒子可以形成由奇異夸克組成的物質。該概念由E. Farhi和R. Jaffe提出,有人曾提議將其作為暗物質候選者。
  • 最輕超對稱粒子 Lightest Supersymmetric Particle(LSP)
  • 穩定大質量粒子 Stable massive particles(SMP),質量可觀的長壽命粒子
  • 弱相互作用粒子 Feebly interacting particle(FIP),與常規物質相互作用非常弱的粒子大質量粒子
  • 大質量引力相互作用粒子 Gravitationally interacting massive particle(GIMP),只與物質引力相互作用的大質量粒子
  • 大質量強相互作用粒子 Strongly interacting massive particle(SIMP),粒子之間相互作用強烈,與普通物質相互作用較弱
  • 大質量弱相互作用粒子 Weakly interacting massive particle(WIMP),僅與物質微弱相互作用的重粒子
  • 弱相互作用輕粒子 Weakly interacting slender particle(WISP),僅與物質微弱相互作用的輕粒子
  • 弱相互作用亞電子粒子 weakly interacting sub-eV particle
  • 弱作用巨獸粒子 Wimpzilla

輔助粒子和格點費米子

[編輯]

虛擬粒子是計算中使用的數學工具,它表現出普通粒子的一些特徵,但不遵循質量-殼關係。這些粒子是非物理的,也是不可觀察的。這些粒子包括:

  • 幽靈粒子 Ghost particles,在量子場論中,指的是規範理論中的非物理態。這些粒子的引入是為了在局部場分量數量超過物理自由度的理論中維持規範不變性。鬼粒子確保了規範理論的數學自洽性。
  • 亂真子 Spurions,量子場論中的一個虛構的輔助場,用於參數化對稱性的虛構場,並確定對稱下所有不變的算子。
  • 軟光子 Soft photons,能量低於實驗中可檢測水平的光子。
  • 瞬子 instantons,規範場論的局部極小場構型,瞬子用於計算量子隧穿率的非微擾效應以及路徑積分的量子修正。其性質類似粒子,具體例子包括:
    • BPST瞬子 BPST (Belavin-Polyakov-Schwarz-Tyupkin instanton) instanton,基於SU(2)群的楊-米爾斯理論在歐幾里得空間-時間(例如經過了威克轉動之後)的經典解法,這表示它描述了兩種真空之間的轉換。
    • 熱量子 Calorons,有限溫度下的瞬子解,滿足周期性邊界條件。
    • 引力瞬子 Gravitational instanton,廣義相對論在四維歐幾里得空間(即虛時間)中的自洽解,代表時空的非微擾拓撲漲落。它必須是四個類別(ALE、ALF、ALG和ALH)中的一個。
      • 漸近局部歐幾里得 (Asymptotically Locally Euclidean,ALE),時空在無窮遠處趨近於歐幾里得空間模掉一個離散等距群(如錐化或環面商空間)。描述孤立引力瞬子。
      • 漸近局部平坦 (Asymptotically Locally Flat,ALF),無窮遠處趨近於平坦空間,但允許存在孤立子(如磁單極)的角動量拖曳效應。與磁單極解和Kaluza-Klein理論相關。
      • 漸近局部引力性 (Asymptotically Locally Gravitational,ALG),漸近行為包含非平凡的環面纖維化結構(如橢圓曲線收縮),與復幾何中的K3曲面相關。多見於高維緊化或全息對偶場景。
      • 漸近局部雙曲 (Asymptotically Locally Hyperbolic,ALH),無窮遠處趨近於負曲率雙曲空間,與AdS/CFT對偶中的邊界條件關聯。多見於高維緊化或全息對偶場景。
    • 半子 Merons,楊-米爾斯場方程的非自對偶解,攜帶1/2拓撲荷,瞬子由一對半子構成。
    • 亞穩子 Sphalerons,楊-米爾斯場方程的鞍點場構型,用於計算非隧穿過程的速率。電弱統一理論中的一種可能改變重子數的經典不穩定解(拓撲孤子),代表連接不同真空態的能壘鞍點,可能導致重子數破壞。
    • 重整子 Renormalons,與微擾級數的博雷爾求和性相關,反映瞬子效應與微擾展開的交互。
    • 霍金-圖魯克瞬子 Hawking-Turok instanton,
  • 格點費米子(lattice fermions)的費米子加倍問題,在格點場論中,當簡單地將費米子場放在格點上時,會發生費米子倍增,導致比預期更多的費米子態。對於歐幾里得空間簡單離散的狄拉克費米子,每個費米子場的結果為相同的費米子種類,被稱為費米子的不同口味。根據尼爾森-二宮(Nielsen–Ninomiya)定理,在局域、厄米且無費米子倍增的格點理論中,手征對稱性的實現存在拓撲障礙(no-go定理)。用於解決該問題的大多數策略都需要使用修改後的費米子,這些費米子僅在連續體極限下簡化為狄拉克費米子。
    • 波里奇-克魯茨費米子 Borici-Creutz fermion:最小加倍費米子 minimally doubled fermions,是Creutz和Borici提出的一種晶格費米子公式,其保持手性對稱性和嚴格局域性,使其能研究晶格上的手性費米子。
    • 狄拉克-凱勒費米子 Dirac–Kähler fermion:狄拉克-凱勒方程,也稱為伊萬年科-蘭道-凱勒(Ivanenko–Landau–Kähler)方程,是狄拉克方程的幾何模擬,可以使用拉普拉斯-德蘭姆算子在任何偽黎曼流形上定義。在四維平面時空中,它相當於狄拉克方程的四個副本在洛倫茲變換下相互轉換,儘管在彎曲時空中不再如此。基於微分形式的幾何表述,自然兼容格點離散化,相當於格點場論中的交錯費米子形式,使狄拉克-凱勒費米子成為交錯費米子的形式連續體極限。
    • 域壁費米子 domain wall Fermion (DWF):是一種費米子離散化,避免了費米子加倍問題,是 Ginsparg-Wilson 費米子在無限分離極限中的實現。
      • 能隙域壁費米子 GapDW Fermion:通常用於晶格量子場論的背景下,特別是用於模擬QCD(量子色動力學)和相關理論,解決了費米子加倍問題。
      • 莫比烏斯壁費米子 Möbius domain-wall fermion:優化DWF的五維核結構,提升計算效率。
    • 金斯帕-威爾遜費米子 Ginsparg-Wilson fermion:用在晶格場論中,具有異常手性對稱性或者宇稱破缺的無能隙費米子,具有半整數的拓撲不變量。‌Ginsparg-Wilson (GW) 關係式‌是由 Ginsparg 和 Wilson 在1982年提出的,旨在解決格點場論中費米子手性對稱性問題。
    • 最小加倍費米子 minimal doubling fermions
    • 樸素費米子 Naive fermion:具有味覺分裂質量項
    • 重疊費米子 Overlap Fermion:是一種費米子離散化,避免了費米子加倍問題,是 Ginsparg-Wilson 費米子的實現。
    • 完美晶格費米子 Perfect lattice fermion:理論上的非局域理想化構造,實際應用受限。
    • SLAC費米子 SLAC (Stanford Linear Accelerator Center fermion) fermion:非局域作用量嘗試,存在理論爭議。
    • 斯泰西費米子 Stacey fermion:非局域公式。
    • 交錯費米子 staggered fermion:也稱為科古特-薩斯坎德費米子 Kogut-Susskind fermions,是一種費米子離散化,它將費米子倍增器的數量從16個減少到4個。
    • 交錯威爾遜費米子 staggered Wilson fermions
    • 交錯重疊費米子 staggered Overlap fermions
    • 對稱質量生成 Symmetric mass generation:這種方法超越了費米子雙線性模型,引入了非微擾相互作用效應。基於 Eichten-Preskill 模型的一種實現,從矢量對稱費米子模型開始,其中手性費米子和鏡像費米子在兩個疇壁上實現。通過強相互作用導致鏡像費米子凝聚,使額外自由度獲得質量而不破壞手征對稱性。
    • 扭曲質量費米子 Twisted mass fermion:是一種費米子離散化,將威爾遜費米子擴展到兩個質量簡併費米子。廣泛應用於非擾動費米子模擬。
    • 威爾遜費米子 Wilson fermion:是一種費米子離散化,可以避免費米子加倍問題。被廣泛使用在晶格 QCD 計算中。
    • 威爾遜費米子青木相 Wilson fermion Aoki phase:二維威爾遜費米子的宇稱破缺相。由日本物理學家青木秀夫提出的概念,在特定參數下,晶格晶格 QCD 可能自發破缺手征對稱性或自旋對稱性,形成鐵磁序或軌道有序相。
  • 格點玻色子(lattice bosons),在晶格上類似格點費米子的理論。
    • 交錯玻色子 staggered boson:在晶格上可以找到具有類似交錯費米子特徵的玻色子理論,這樣的理論將自然地模仿交錯費米子的性質,也可以稱它們為半玻色子自由度的理論。
    • 卡勒-狄拉克玻色子 Kahler-Dirac boson:研究彎曲流形,自然產生的格點費米子系統就是所謂的卡勒-狄拉克費米子,卡勒-狄拉克玻色子也有類似構造。卡勒-狄拉克玻色子和卡勒-狄拉克費米子的組合對於超對稱性來說是自然的:存在一個簡單的超對稱性,它與費米子哈密頓量的卡勒-狄拉克形式相乘。

超光速理論的粒子

[編輯]
  • 慢子(遲子)tardyon 亞光速粒子bradyon 永遠低於光速,同義與具質量粒子(Massive particle),指其靜止質量為非零實數的粒子。
  • 光子 luxon 永遠等於光速,是一種無質量粒子,指靜止質量為零的基本粒子。兩個已知的無質量粒子(Massless particle)都是規範玻色子:光子(電磁學的載體)和膠子(強相互作用力的載體)。
  • 快子(速子,迅子) tachyon 是一種理論上預測的超光速次原子粒子,總是以超過光速的速度在運動,它無法降低速度至亞光速狀態。

參看

[編輯]


奇異強子(Exotic hadron),非常規(nonconventional)強子態,也稱為外來態或奇異態(exotic states)是一類亞原子粒子,即非常規強子態,也稱為外來態或奇特態(Exotic states)。雖然同樣受強相互作用束縛,但它有別於一般由兩至三顆價夸克膠子構成的強子,可在三顆夸克外具有額外的基本粒子,或不具有夸克。奇異強子分為奇異重子奇異介子,以價夸克的數目而定:前者為單數、後者為雙數。科學家可藉尋找具有異常量子數的粒子發現奇異強子,現在亦有種種實驗結果顯示了它們的存在。

奇異強子發現列表

粒子加速器實驗通常能夠識別的不穩定的複合粒子的精度約為10 MeV/c^2,但是並不能夠精確的確定粒子的性質。在一些實驗中有一些可能的粒子被檢測到,但它們在一些研究中被認為是可疑的。儘管證據是不明確的,但一些候選的粒子共振態,可能是膠球。

矢量,偽矢量或張量膠球的候選粒子:

  • X(3020)由BaBar國際協作觀察到一個激發態的 2-+, 1+- or 1-- ,一個質量約 3.02 GeV/c^2的膠球。[2]

標量膠球的候選粒子:

  • f0(500) 也被稱為σ -- 這個粒子的性質或數據與1000 MeV或1500 MeV的膠球可能是一致的。[3]
  • f0(980) -- 這種複合粒子的結構與光膠球的一致。[3]
  • f0(1370) -- 這個共振態存在是有爭議的,是一個膠球介子混合態的候選粒子。[3]
  • f0(1500) -- 這種共振態的存在是無可爭議,但是作為一個膠球介子態或純膠球是不成立的。[3]
  • f0(1710) -- 這種共振態的存在是無可爭議,但是作為一個膠球介子態或純膠球是不成立的。[3]

2003年,日本的Belle實驗發現一種暫時稱作X(3872),被列為四夸克態的候選者,[4] 這和原先的推測相符。[5]X是一個暫時的名稱,表示它的性質仍需要進一步實驗來測定。後面的那個數字表示粒子的質量(用MeV表示)。

2004年,費米國立加速器實驗室的SELEX實驗發現了DsJ(2632),也被列為四夸克態的候選者。

2007年,日本的Belle實驗發現的Z+(4430)可能為四夸克態,,其最簡單的夸克結構是四夸克ccud[6]

2007年,日本Belle實驗室又發現了可能的四夸克態Y(4660)[7]

2009年,費米實驗室宣布發現了暫時稱為Y(4140)的粒子,它也可能是四夸克態。[8]

2010年,兩位來自德國電子加速器的物理學家和一位來自巴基斯坦真納大學烏爾都語جامعہ قائداعظم)的物理學家重新分析了過去的實驗數據並宣布,存在一種定義明確的四夸克態共振,它與
ϒ
(5S)介子
(一種形式的底夸克偶素)有關。[9][10]

2012年,日本Belle實驗室發現2個新介子態Z+
b
(10610)和Z+
b
(10650),這兩個介子帶電荷,其最簡單的夸克結構是四夸克bbud

2013年3月,中國北京正負電子對撞機BESIII合作組發現了四夸克態粒子Zc(3900)[11][12]。一周後日本高能加速器Belle實驗室發現了為同一種粒子的Z(3895)[13]。美國的研究人員採用美國康奈爾大學CLEO-c實驗保存的數據證實了Z±
c
(3900)和Z0
c
(3900)。[14]。這種介子態的四夸克結構是ccud[15][16]。 12月,中國北京正負電子對撞機BESIII合作組宣布發現了一種Zc(3900) 新的衰變模式,並確定了其自旋-宇稱量子數;在兩個不同的衰變末態中發現了兩個新的共振結構,分別命名為Zc(4020)和Zc(4025),它們極有可能是Zc(3900)的質量較高的伴隨態;首次觀測到X(3872)Y(4260)輻射躍遷中的產生。BESIII的實驗結果表明Zc(3900)與以前發現的X(3872)Y(4260)等粒子之間可能存在着實質性的關聯,應當放在統一的框架內進行理論研究,探索它們的性質。

2014年,歐洲核子研究中心(European Organization of Nuclear Research,CERN)的大型強子對撞機底夸克物理實驗(Large Hadron Collider beauty Experiment)LHCb合作組在高統計量(13.9 σ)的實驗數據分析中證實了Z(4430)的存在。[17]

2016年3月,費米實驗室DZero團隊(DØ experiment)的研究者發現了一種由底、奇、上、下四味不同夸克構成的四夸克粒子X(5568)。DZero實驗是費米實驗室萬億電子伏特加速器(Tevatron)的兩大實驗之一,Tevatron已在2011年停止運行,但有關團隊仍在繼續對以前碰撞產生的數十億次事件進行分析。2015年7月,研究者首次發現了X(5568)粒子的線索。 X(5568)衰變為Bsπ±[18] 但是,在LHCb的數據中沒有這個粒子的證據,卻有一個更大的樣本
B0
s
π±侯選。 [19]

2016年7月,歐洲核子研究中心(CERN)的LHCb合作組宣布發現四個新的可能四夸克態,命名為X(4140),X(4274), X(4500) , X(4700),可能的結構是ccss[20][21][22]

2020年, LHCb宣布發現一種夸克結構為cccc的四夸克態 X(6900)。[23][24]

2020年9月LHCb合作組在D*-K*+末態中觀測到了一個奇特的結構,他們將這個結構擬合成了兩個共振態,即X0(2900)和X1(2900),自旋宇稱分別是JP=0±JP=1-。這兩個共振態都包含四種完全不同的夸克組分,即csud。這是實驗上首次發現包含四個不同夸克的奇特強子態。[25]

2020年11月份,北京正負電子對撞機(BEPC)上的北京譜儀第三期(BESIII)合作組發現了第一個帶有奇異數的隱粲四夸克態的候選者Zcs±(3985),推測的結構為 ccsu[26]

2021年3月,LHCb合作組發現一種夸克結構為ccud的四夸克態Tcc+[27]

2021年3月,LHCb合作組宣布發現四個新的奇特態強子,Zcs(4000)+、Zcs(4220)+、X(4685),X(4630)。其中X(4685),X(4630)與2016年發現4種粒子結構一樣為ccss。另外兩種Zcs(4000)+、Zcs(4220)+粒子的夸克結構為 ccus[28]

2022年7月9日,在意大利舉行的第41屆國際高能物理大會(International Conference on High Energy Physics,ICHEP2022)上公布新的發現,LHC的CMS(Compact Muon Solenoid)合作組發現了一個可能由四個粲夸克組成的奇特強子家族,基於2016-2018年CMS採集的所有「質子-質子」對撞數據,合作組在兩個粲夸克偶素(J/ψ,夸克成分為粲夸克c和反粲夸克)的不變質量譜中觀測到了一個新的粒子家族,該家族中的三個共振峰依據質量被暫時命名為X(6600)、X(6900)和X(7300),這三個粒子可能由四個同味重夸克組成。其中X(6600)和X(7300)粒子是首次被觀測到,同時,CMS的結果確認了LHCb兩年前發現的X(6900)的存在[29]。ATLAS(A Toroidal LHC ApparatuS)合作組發現了四粲夸克事例超出的證據。在該分析中,研究人員利用全部Run-2數據研究了末態為四個繆子、通過雙J/ψ和J/ψ+ψ(2S)兩個道衰變的事例。ATLAS在雙J/ψ質譜中發現數據明顯超過總背景,能看到一個X(6900)質量峰和接近閾值處的一個寬結構。考慮干涉效應,可以擬合出質量分別位於6.22 GeV,6.62 GeV和6.87 GeV的三個共振態。另在J/ψ+ψ(2S)道中也看到兩個顯著的共振峰[30]

2022年7月,LHCb合作組發現三個新奇特態粒子:一個新型「五夸克態」強子和兩個互為伴隨態的新型「四夸克態」強子。其中,兩個「四夸克態」強子一個帶有兩個電荷,另一個為電中性。它們的內部結構很奇特:包含了四種不同類型的夸克成份,質量約為質子質量的3.1倍。夸克結構為 csud 和 csud的新粒子。[31]

六夸克態的價夸克數為六,即可能由六顆夸克和/或反夸克組成,包括雙重子態和由三個夸克、三個反夸克組成的情況。[32]在這些組合下其色荷為零。

2022年,理研所的研究人員研究了六夸克態 的存在,通過計算得出結論,它應該落在一個可行的範圍內。[33][34]

夸克膠子混雜態(Hybrids)-由一個夸克和一個反夸克與一個膠子形成混雜態。

默里·蓋爾曼於1964年最早提議奇異強子存在。1979年,丹尼爾·斯特勞曼英語Daniel Strottman給出模型描述由四個夸克與一個反夸克組成的強子。[35][36][37]

1997年,俄羅斯聖彼得堡科學院核物理學院英語Petersburg Nuclear Physics Institute的理論物理學者馬克沁·波利亞科夫英語Maxim Polyakov維克托·佩特羅夫英語Victor Petrov德米特里·帝雅克諾夫英語Dmitri Diakonov預言由兩個上夸克、兩個下夸克與一個奇夸克組成的五夸克粒子存在,並將這種粒子命名為
Θ+
。它的質量約為1530MeV、寬度約為15MeV,比較特別的性質是它的奇異數為1,做實驗可以很容易從奇異數辨識出這粒子的存在。[38][39]

由於五夸克粒子必須擁有一個反夸克,假若反夸克的風味匹配任何其它夸克的風味,這夸克-反夸克對會相互抵銷,因此五夸克粒子會貌似它的三夸克重子,所以許多種類的五夸克粒子都很難在實驗裏辨識出來。為了避免這問題,早期五夸克粒子探索實驗會尋找夸克-反夸克對不相互抵銷的粒子。[40]在2000年代中期,有幾個實驗聲稱,揭露了五夸克態。特別是2003年在日本春天八號同步輻射設施完成的「春天八號激光電子光子實驗」(LEPS實驗)顯示出質量為1540MeV的共振態,顯著性差異為4.6 σ[39]。這實驗得到的結果跟1997年波利亞科夫等的理論預言相符合。[41]

在此之後,又有九個獨立實驗發佈報告表示,觀測到
n

K+

p

K0
的狹窄峰值,質量在1522 MeV/c21555 MeV/c2之間,顯著性差異都超過4 σ[39]。雖然對於這些實驗結果的正確性仍舊存有質疑,在2004年《粒子物理學評論英語Review of Particle Physics》裏,粒子數據小組英語Particle Data Group給予
Θ+
三顆星評估,最高是四顆星。另外還有兩個五夸克態被觀察到,它們是質量分別為1860 MeV3099 MeV
Φ−−
(ddssu)與
Θ0
c
(uuddc)。它們後來都被更正為統計效應,而不是真實共振態。[39]

在LEPS實驗之後,約有十個獨立實驗試圖尋找
Θ+
,但都未獲成功。其中兩個實驗(一個在BELLE,另一個在CLAS英語CLAS detector)分別與先前聲稱觀測到
Θ+
粒子的兩個實驗(DIANA實驗英語DIANASAPHIR實驗英語SAPHIR)幾乎相同。[39]2006年《粒子物理學評論》總結,[39]

曾經聲稱觀測到
Θ+
的每一個原本實驗,都尚未獲得高統計量確認。傑佛遜實驗室英語Jefferson Lab完成兩個高統計量重複實驗,它們明確地證實,原本兩個聲稱觀測到
Θ+
的實驗都不正確。另外,還有一些已完成的高統計量實驗,它們都沒有找到
Θ+
的蛛絲馬跡。關於另外兩個聲稱觀測到
Θ+
五夸克態的實驗,所有嘗試確認那些結果的實驗都獲得負結果。一般而言,五夸克粒子不存在;特別而言,
Θ+
不存在。這結論顯得很有說服力。

2008年《粒子物理學評論》更進一步表示,[42]

近期有兩個或三個實驗對於在標稱質量附近獲得薄弱的信號證據,但鑒於壓倒性的證據聲稱五夸克粒子不存在,將它們臚列出來是毫無意義的……整個故事──發現本身、緊跟著像漲潮般的論文、最終的退潮發現──在科學歷史上是一集相當古怪的連續劇。

儘管有那麼多顯目的零結果,LEPS團隊於2009年仍舊表示,在質量為1524±MeV之處觀測到狹窄態存在,顯著性差異為5.1 σ。[43]針對這爭論,那時期有很多實驗如火如荼地進行著。

費曼圖展示,底Λ粒子 Λ0
b
衰變為K介子K
與一個五夸克粒子P+
c
圖為對於Λ0
b
→J/ψK
p衰變的J/ψp不變質量譜的拼湊結果,每一個拼湊部分都被單獨展示出來。五夸克粒子貢獻出的拼湊部分展示為畫斜線的直方圖

2015年7月13日,LHCb實驗團隊在Λ0
b
→J/ψK
p衰變道辨識出五夸克粒子;在這衰變道裏,底Λ粒子 (Λ0
b
)衰變為一個J/ψ介子(J/ψ)、一個K介子 (K
)與一個質子(p)。實驗數據顯示,有時候,底Λ粒子不會通過Λ*居間態英語intermediate state衰變為一個K介子 (K
)與一個質子(p),而會間接地通過五夸克居間態英語intermediate stateP+
c
;兩個被發現的居間態P+
c
(4380MeV)與P+
c
(4450MeV)在統計學的顯著性差異分別為9 σ與12 σ,總合起來為15 σ ,足夠證實這發現。更多數據分析還排除了這是由普通粒子造成的效應的可能性。[44]LHCb實驗又觀測到兩個五夸克態都強烈地衰變為J/ψp,因此可推論其價夸克擁有兩個上夸克、一個下夸克、一個魅夸克與一個反魅夸克;標記為
u

u

d

c

c
,它們是一種魅偶素-五夸克粒子。[37][45]P. Rincon. Large Hadron Collider discovers new pentaquark particle. BBC News. 14 July 2015 [2015-07-14]. (原始內容存檔於2015-07-14). </ref>

LHCb的主要任務是研究物質-反物質不對稱性,而不是探索研究五夸克粒子。[46]歐洲核子研究組織發言人表示,「我們並沒有積極地尋找它,我們意外地找到了它。」[47]

2019年根據2015-2018年LHCb的數據觀察到新的五夸克粒子,新粒子為P+
c
(4312MeV),會衰減成一個質子和一個J/ψ介子(由一個粲夸克和反粲夸克構成)。並觀測到2015年發現的五夸克結構P+
c
(4450MeV)實際上是由兩個質量相近的共振態P+
c
(4440MeV)和P+
c
(4457MeV)疊加而成。最新觀察的統計顯著性達到了 7.3 σ,遠遠超過了 5 σ這個閾值。這三個五夸克態的寬度都很窄,質量略低於Σ+
c
D0
和Σ+
c
D*0
質量之和,有可能是粲重子和反粲介子形成的束縛態,它們為重子和介子分子態的存在提供了迄今為止最有力的實驗證據。[48][來源可靠?討論]

2022年7月歐洲核子研究中心(CERN)LHCb合作組宣布發現一種新的粒子Pcs(4459)0,其夸克組分為 usdcc

雙重子態由六個夸克組成,因其像是由兩個重子組成而得名。這種粒子被預測為頗穩定的粒子。

科學家推論中子星的核心可能由奇異粒子(如H雙重子和超子)組成,使其質量與半徑的比例出現可觀測的分別。透過研究中子星的內部情況,可以推導出雙重子的特性[49][50]

部分理論更指出中子星塌縮黑洞時,大量中子可以變為超子,再合併成雙重子[51][52]。它們或會分解成夸克-膠子等離子體,或會其它未知的狀態。

「奇異物質」的最輕組分「H雙重子」(也稱為ΛΛ雙重子態,S=-2,I=0,B=2,JF=0+,夸克態udsuds或uuddss),是由Robert L. Jaffe在1977年開啟的系列工作所提出的,其後的研究者又提出了D*、N-ω、ω-ω雙重子態及其他的更低能階多夸克穩定態。

(重氫)原子核由一顆質子和一顆中子組成,是一種天然存在的雙重子系統。2018年,日本理化所仁科中心藉助日本超級計算機計京計算預測存在雙Ω粒子(di-Omega,ΩΩ),這種雙重子也能較穩定存在。[53]

2014年德國於利希研究中心檢測在到質量約2380 MeV的粒子是潛在的雙重子,該中心聲稱,這些測量結果通過一種更可複製的方法證實了2011年的結果。[54][55]這種粒子存在10−23秒,並被命名為d*(2380)。[56]這種粒子被假設由三個上夸克和三個下夸克組成,並被認為是暗物質的候選者。[57][58][59]

有一個模型預測,最低能量的七夸克態是約2.5GeV的自旋-1/2或自旋-3/2的態。[60] 另一項研究發現,最穩定的七夸克態將包括三個奇夸克和兩個反奇夸克。[61]

夸克膠子混雜態(Hybrids)由三個夸克或三個反夸克與一個膠子形成混合態。

R-重子具有三顆夸克和一顆超膠子。[62]

當中以 指代的最輕R-重子具有一顆上夸克、一顆下夸克、一顆奇夸克和一顆超膠子。它在理論上為壽命較長或穩定的粒子,並被用作解釋極高能宇宙線英語Ultra-high-energy cosmic ray[63][64]


奇異原子通常是指與一般原子構成不同的原子,普通的原子是由電子e、質子p和中子n這三種長壽的粒子構成,但奇異原子卻是以其他的粒子代替這三種穩定粒子中的一個或多個,通過電磁相互作用構成。

奇異原子列表

奇異原子列表

[編輯]

輕子束縛態

[編輯]
  • 電子偶素(Positronium)或稱正子素,化學符號是Ps
    • 單態電子偶素(para-Positronium)(p-Ps)
    • 三態電子偶素(ortho-Positronium)(o-Ps)
    • 電子偶素負離子(Ps-)是兩個電子和一個正電子組成的庫侖三體系統
    • 氫化電子偶素(Positronium hydride),化學式為PsH
    • 雙電子偶素(Di-positronium),化學式為Ps2
  • 緲子偶素(Muonium)或稱μ子素,化學符號是Mu,電子繞正μ子旋轉
  • 反緲子偶素(Antimuonium)或反μ子素,正電子繞負μ子旋轉
  • 真緲子偶素(true Muonium)正反μ子束縛態
  • 陶子偶素(Tauonium)或稱τ子素,電子繞正τ子旋轉
  • 反陶子偶素(Antitauonium)或反τ子素,正電子繞負τ子旋轉
  • 真陶子偶素(true Tauonium)正反τ子束縛態
  • 緲陶子偶素(Muo-Tauonium)μ子繞正τ子旋轉
  • 反緲陶子偶素(Anti-Muo-tauonium)正μ子繞負τ子旋轉

輕子原子

[編輯]

μ原子

[編輯]
  • μ原子(英語:Muonic atom)是原子中的一粒電子會被μ子取代而成的奇異原子。它們可通過μ子與普通物質反應產生。[65]
  • μ氫原子(英語:Muonic hydrogen)是μ子與氫原子核(質子)構成的原子。
  • μ氦原子(英語:Muonic helium)由氦-4原子的一個電子被緲子取代而成。它可以視為一種氫的同位素,原子量約為4.1,故又稱氫-4.1(4.1H)。[66]

其它

[編輯]
  • τ原子(tau atom)τ子繞原子核旋轉
  • 輕子中子對
    • 中子電子對(neutron-electron pair ,n-e)中子和電子能以類似離子的形態呈現,理論上也存在中子μ子對,π0介子電子對和Λ超子電子對等形式。
  • 介子素
  • 超子素

磁單極原子

[編輯]
  • Z介子(Z Meso)高自旋的正反磁單極子束縛態
  • 雙荷子偶素(dyonium)兩個雙荷子(dyon)束縛態
  • 磁氫(monople hydrogen atom)磁中性類氫原子,正電的磁單極子和電子的束縛態
  • 磁單極子與重子的束縛態,磁單極子為核,重子繞它轉動
    • 荷電重子與磁單極子束縛態,如質子
    • 中性粒子與磁單極子束縛態,如中子
  • 磁單極子與原子核的束縛態,一個荷電粒子(或磁單極子)繞一個靜止的磁單極子(荷電粒子)運動。

雙強子原子

[編輯]
  • 介子原子(mesonic atom)
    • π-原子 負π介子繞原子核旋轉
      • π介子氦原子,π-4He+
    • K-原子 負K介子繞原子核旋轉
      • K-氫原子或稱K介子原子(Kaonic hydrogen)
      • K-氘原子 一個K-介子和兩個質子組成
  • 雙介子原子(dimeson atom)
  • 重子原子(baryonic atom)
    • 質子偶素(Protonium),符號Pn,正反質子的的束縛態
    • 反質子原子(antiprotonic atom)反質子(帶負電荷的質子)繞原子核旋轉
    • 超子原子(Hyperon atom)
      • Σ-原子 負Σ超子繞原子核旋轉
      • Ξ-原子
      • Ω-原子

強子分子態(hadron molecules)

[編輯]

由兩個或兩個以上重子通過強相互作用結合形成

核束縛態

[編輯]

反物質(Antimatter)

[編輯]
  • 反氫(antihydrogen)H
  • 反氘D
  • 反氚T
  • 反氦He
  • 反氦44He)(目前發現最重反物質)
  • 反Λ超氚(antihypertriton)Λ3
    1
    H
    1
  • 反Λ超氫-4(antihyperhydrogen-4)Λ4
    1
    H
    2


凝聚體物理學的場方程跟高能量粒子物理學所用到的非常相似。因此粒子物理學的大部份理論都能被應用於凝聚體物理學,在凝聚態物理學上,類似於在相互作用粒子系統中的一個實體,當實體中的一個粒子在系統中朝一定方向運動,環繞該粒子的其它粒子云因為其間的相互作用而類似與被拖拽着向某個方向運動,這一系統就像一個自由運動着的整體,也就是一個準粒子。元激發(elementary excitation)是指物質中粒子之間、粒子自旋之間、帶電粒子與電磁波之間各有相互作用,從而產生粒子的各種集體運動,通常表現為不同的振動或波動,其能量量子就是元激發。因其具有粒子的性狀,又稱准粒子。在凝聚態物理中,引入這樣一個「准粒子」的概念非常重要。這是準粒子的列表:

准粒子列表

統計特性

[編輯]
  • 軸子 Axion類軸子粒子 Axion-Like Particles (ALPs):軸子是理論預言的極輕中性粒子,為解決粒子物理中的強CP問題而提出。類軸子粒子是具有類似性質但參數不同的粒子候選者。假設早期宇宙中存在高速旋轉的軸子場,它逐漸減速並釋放能量,最終穩定為極低質量的粒子,這一過程可解釋為何強相互作用中未發現CP破壞(類似陀螺儀抵消了原本的傾斜)。這種粒子在洛倫茲變換下是一種軸矢量,而不是一般的矢量,與電磁場相互作用時,軸子表現為「旋轉」的耦合(如電場與磁場互相感應),不同於普通粒子的矢量性。
    • 合成軸子 synthetic axion:拓撲絕緣體或外爾半金屬中的湧現集體激發。
    • 動態軸子准粒子 dynamical axion quasiparticle (DAQ):軸子理論上對應量子色動力學(QCD)中θ場的相干振盪,凝聚態系統的電動力學同樣可以產生類似的θ場,材料的θ角(用於描述拓撲電磁響應)可以在時間上發生震盪,凝聚態中θ角的相干振盪可能導致與高能軸子粒子完全對應的物理現象。
  • 任意子 Anyon:是理論物理學家弗朗克·威爾切克(Frank Wilczek)在1982年提出的概念,只存在二維空間的介於玻色子和費米子之間的全同粒子,可分為阿貝爾任意子與非阿貝爾任意子。當兩個任意子交換位置時,它們的波函數不會像玻色子那樣保持對稱(相位因子為+1),也不會像費米子那樣變為反對稱(相位因子為-1),而是會獲得一個任意的相位因子 ,其中可以是任何值(不僅僅是0或π)。這種「分數統計」(fractional statistics)是任意子的核心特徵。
    • 阿貝爾任意子 Abelian Anyons:最簡單的任意子類型,粒子交換時波函數獲得的相位是一個固定的複數。
    • 半量子 Semion反半量子 Anti-Semion:一類特殊的阿貝爾任意子,存在於具有二維拓撲序的量子多體系統中。兩個半子交換位置時,系統的量子態會積累一個相位因子,而繞彼此一周(即雙交換)的統計相位為,介於玻色子(相位+1)和費米子(相位-1)之間,反半量子交換相位為,多個符半子可以組成玻色子或費米子。半子通常攜帶分數化的電荷(如 為元電荷),與分數量子霍爾效應中的准粒子行為類似。理論研究表明,理想符半子氣體的基態極可能是超流的,如果是帶電的符半子,氣體應呈現出超導性。有猜測電子可能是一對盤旋的帶電符半子。
    • 非阿貝爾任意子 Non-Abelian Anyons:當兩個非阿貝爾任意子交換位置時,波函數不僅獲得相位,還發生量子態的線性變換(由酉矩陣描述)。
      • 伊辛任意子 Ising Anyons:屬於非阿貝爾任意子中最簡單的類型,其編織操作生成克利福德群(Clifford group)門,但它不能構建足夠種類的邏輯門,不足以支持通用量子計算。
      • 斐波那契任意子 Fibonacci Anyons:Read-Rezayi態,支持通用量子計算,其編織操作可生成足夠種類的邏輯門。其統計特性由斐波那契數列描述,是拓撲量子計算的核心模型之一。
      • 拓撲序任意子 Symmetric Anyon拓撲序屬於有限群量子雙模型,其任意子滿足8階二面體群的對稱性,任意子的編織行為由群表示論決定,遵循非交換的編織規則(例如博羅米尼(Borromean)環結構)。對應不同的編織規則和融合通道,適用於容錯量子計算中的複雜邏輯門操作。
      • 拓撲序任意子 Symmetric Anyon:廣義的二面體群拓撲序(如等),其非阿貝爾性質與類似,但對稱性更高。
      • 拓撲序任意子 Anyon:基於群的非阿貝爾拓撲序(如SU(2)₃),其准粒子激發滿足特定的融合規則和非交換統計。拓撲序,類似於阿貝爾拓撲序,任意子種類少。拓撲序,開始出現非阿貝爾特性,可能有伊辛任意子。拓撲序,更複雜的非阿貝爾結構,可能涉及斐波那契任意子。)拓撲序,隨着k增大,會有更豐富的任意子種類和更複雜的融合規則。根據陳-西蒙斯理論拓撲序可通過三維Chern-Simons場論描述,其拓撲性質由Wilson環算符的編織決定。根據共形場論,與相關的二維共形場論(如Wess-Zumino-Witten模型)提供任意子融合規則和統計的數學框架。
      • 四元數群()拓撲序任意子 Quaternion Group () Anyon:在凝聚態系統中,香港科技大學團隊通過傳輸線網絡實驗首次直接觀測到基於四元數群(Q8)的非阿貝爾拓撲荷。這一體系的一維能帶系統在動量空間中表現出非交換的旋轉對稱性(如拓撲荷),其邊界態分布遵循非阿貝爾商準則(例如拓撲荷+i和+j的界面態對應-k的拓撲荷),突破了傳統阿貝爾拓撲序的體-邊對應關係。
      • 普法夫任意子 Pfaffian Anyon填充態的基態波函數可用Moore-Read(Pfaffian)態描述。准粒子激發滿足非阿貝爾統計。除Pfaffian態外,還存在時間反演對稱的anti-Pfaffian態和粒子空穴對稱 Pfaffian態。這些態在拓撲序和准粒子統計上與Pfaffian態不同,但同樣具有非阿貝爾特性。康奈爾大學團隊在雙層轉角MoTe₂中觀測到的分數量子自旋霍爾效應跡象,推測其可能由兩個互為時間反演的分數陳絕緣體構成,對應anti-Pfaffian態。在分數量子霍爾效應中,填充態被證實具有粒子-空穴普法夫(PH-Pfaffian)拓撲序。通過隔離其分數通道(電荷模式和中性模式),實驗測得半量子化的熱導率,直接支持了非阿貝爾任意子的存在。偶數分母態(如)的拓撲相變可能對應單分量Pfaffian態。
      • 哈普林任意子 Halperin Anyon:(標準哈普林331態 standard Halperin 331 state),通過向空陳帶添加粒子並在占用陳帶添加空空穴來構建。電子空穴哈普林態(PH-Halperin state),是阿貝爾拓撲有序態,等量的電子和空穴被添加到母體伊辛-陳絕緣體上,不同於在標準量子霍爾效應中構建的哈普林態,因為電子位於具有相反陳數的陳帶上。它們也不同於分數量子自旋霍爾效應中討論的哈普林電子態,因為它們通常破壞時間反轉對稱性,並且對兩個谷的占用不相等。根據味內(intra-flavor,)和味間(inter-flavor,)指數的相關性電子空穴哈普林態有如下分數態:,PH 331 態,整數霍爾電導率,分數谷填充物,PH 332 態,整數霍爾電導率,分數谷填充物,PH 112 態,整數霍爾電導率,分數谷填充物,PH 113 態,整數霍爾電導率,分數谷填充物。帶電巡迴准粒子 charged itinerant quasiparticle、帶電漂移准粒子 charged drifting quasiparticle、中性巡迴准粒子 neutral itinerant quasiparticle、中性漂移准粒子 neutral drifting quasiparticles
      • 准費米子 Parafermions:也稱為仲費米子,是仲統計的一種具體實現,也可以看作任意子的擴展。它在凝聚態物理中指一種廣義化的馬約拉納費米子,具有對稱性(而非馬約拉納費米子的),其統計性質介於費米子和更複雜的非阿貝爾統計之間。
      • 馬約拉納任意子 Majorana Anyon:是拓撲量子系統中的一種准粒子,具有非阿貝爾統計特性。其本質是電子與空穴的疊加態,通過編織操作(如交換路徑)可編碼量子信息,且不受局部擾動影響。
  • 馬約拉納粒子 Majorana particle[67]:是由不同的產生湮滅算符線性疊加得到的自共軛算符所激發的准粒子。電子,空穴
    • 馬約拉納零能模 Majorana Zero mode (MZM):在凝聚態體系中,當超導態(1D-Kitaev Chain,2D波超導)的體態處於拓撲非平凡相時,由於體邊對偶關係,將出現一系列定域在邊緣的特殊零能模式(一維端點,二維渦旋)。這改變了渦旋的量子統計性質,形成了一種有非阿貝爾統計的新型粒子。乘法馬約拉納零模 Multiplicative Majorana zero-mode棱馬約拉納平帶 Hinge Majorana flat band(完整的馬約拉納平帶,跨越整個棱布里淵區)、前體孤立馬約拉納模 Precursors of Majorana modes (PMMS)螺旋馬約拉納模 Helical Majorana Modes孤立馬約拉納模 Isolated Majorana modes (MMS)基塔耶夫馬約拉納端態 Kitaev's Majorana end states馬約拉納克拉默對 Majorana Kramers pairs
    • 馬約拉納束縛態 Majorana bound states (MBSs):丐版馬約拉納粒子 poor man’s majoranas,是凝聚態物理中出現的非阿貝爾激發最簡單的例子之一。基於一個納米線中的兩個量子點,可以擴展到一個更大的量子點Kitaev鏈,具有更穩健的馬約拉納粒子行為。它缺乏馬約拉納粒子的拓撲保護,只在非常小的參數範圍內穩定。
    • 安德列夫束縛態 Andreev Bound State (ABS):安子,在超導體-正常金屬界面處,電子和空穴對反射轉換過程形成形成的束縛態、在拓撲系統中可能是馬約拉納零模的前身。在不均勻的超導體裡面,任何體能隙內的束縛態都可以叫做ABS態,馬約拉納束縛態也可以看作是一種非常特殊的ABS態,CdGM態和YSR態也是ABS態。
    • 於-柴-魯西諾夫束縛態 Yu-Shiba-Rusinov (YSR) bound states:磁性雜質誘導的具有自旋極化的局部束縛態,超導體中兩大類缺陷態之一。
    • 卡羅利-德熱納-馬特里康束縛態 Caroli-de-Gennes-Matricon (CdGM) bound states:磁場誘導的磁通渦旋內的磁通束縛態,超導體中兩大類缺陷態之一。
  • 辮結子 Plekton;由 Klaus Fredenhagen 等人在 1990 年代的量子場論研究中提出,旨在描述一種更廣義的辮結統計粒子,特別是在 (2+1) 維量子場論的背景下。其定義更強調其與局部量子場論的兼容性。其統計特性遵循辮群統計 (braid statistics),即它們的交換行為由辮子群的表示決定,而不是置換群,在二維系統中,可以表現出阿貝爾或非阿貝爾統計。它與任意子有一些細微區別,其被設計為遵循代數量子場論的因果律,即僅要求可觀測量在類空分離時對易,而非整個場算符。這種寬鬆的約束允許 辮結子在理論上具有更靈活的統計行為。
  • 仲粒子 Paraparticles:仲統計粒子 Parastatistics Particles,可以在三維空間中存在並遵循仲統計(parastatistics)的粒子。最早由澳大利亞物理學家 H.S. Green 於 1950 年提出,旨在解決量子場論中某些粒子可能表現出超出費米子和玻色子行為的統計特性。在某些高能物理或凝聚態物理系統中,研究者發現需要更靈活的統計規則來描述粒子的行為,尤其是在涉及高階對稱性或奇異量子態時。仲統計粒子的波函數具有更高階的對稱性,通常通過群論中的楊圖表(Young Tableaux)來描述。例如,一個 的准玻色子系統可能對應於對稱群的某個不可約表示,而不是簡單的全對稱或全反對稱表示。仲統計引入了仲玻色子和仲費米子,它們通過一個參數 (稱為「階數」)來調控量子態的占用數限制,從而在費米統計和玻色統計之間提供了一個連續的過渡。(極限情況,:准玻色子 → 玻色子,准費米子 → 費米子。:准玻色子趨向於完全玻色子行為,而准費米子則無嚴格意義上的無限極限,因為其本質上仍受限於某種排斥性。)
    • 仲玻色子 Parabosons:與玻色子類似,准玻色子允許多粒子占據同一量子態,但不像玻色子那樣可以無限堆積,而是受到最大占用數 的限制。當 時,准玻色子的行為退化為普通玻色子。當 增加時,准玻色子的行為逐漸偏離玻色子,但永遠不會完全等同於費米子。
    • 仲費米子 Parafermions:與費米子類似,准費米子受到占用數限制,但每個量子態的占用上限不是嚴格的 0 或 1,而是 。當 時,准費米子退化為普通費米子。當 增加時,准費米子允許更多粒子共享同一量子態,表現出介於費米子和玻色子之間的特性。
  • 量子E8粒子 Quantum particles:一個能被例外李代數嚴格描述的量子可積模型,這個量子可積模型的低能激發包含8種帶質量的准粒子,其中的物理現象可被這些粒子間的相互作用描述。其包含這些准粒子的質量譜由E8李代數的根繫結構決定,而作為一個秩為8的例外李代數,其根系可以通過其嘉當(Cartan)矩陣或Dynkin圖來表徵。在量子E8可積模型中,這8種准粒子的質量是按照特定的數學關係排列的,通常記為,其中 是最輕的粒子質量,其他粒子的質量按一定比例遞增。這些比例來源於E8根系的幾何性質,並且可以通過E8的數學結構精確計算出來。你提到的 正是黃金分割比,這是質量譜的一個顯著特徵。以下是可積模型中8種准粒子的質量(以 為單位)的近似數值,這些質量的表達式來源於李代數根系的三角函數表示,具體推導涉及的Cartan矩陣的對角化和根系的投影,它們通常按照從小到大的順序排列:
    • :最輕的准粒子,設為單位質量。
    • :第二個准粒子,質量與黃金分割比相關。
    • :第三個准粒子。
    • :第四個准粒子。
    • :第五個准粒子。
    • :第六個准粒子。
    • :第七個准粒子。
    • :第八個准粒子,也是最重的。
  • 拓撲費米子 Topological Fermion:在凝聚態物理中,由於集體行為(如電子相互作用、晶格對稱性、自旋-軌道耦合等)而出現的有效准粒子,它們表現出類似費米子(如電子)的統計性質(服從費米-狄拉克統計)。
    • 狄拉克費米子 Dirac Fermion:四重簡併,有質量的反粒子與自身不同的費米子,以保羅·狄拉克命名,可以用狄拉克方程描述。一個狄拉克費米子相當於兩個外爾費米子。根據傾斜項分為:第一類狄拉克費米子 type-I Dirac fermion(保持洛倫茲不變性)、第二類狄拉克費米子 type-II Dirac fermion(不滿足洛倫茲不變性)、第三類狄拉克費米子 type-III Dirac fermion(高溫相、高陳數、高階傾斜項)。
    • 外爾費米子 Weyl Fermion:兩重簡併,無質量費米子,是赫爾曼·魏爾從狄拉克方程式中得出的解,被稱為魏爾方程式。狄拉克費米子可以視為左手的魏爾費米子與右手的魏爾費米子的組合。根據傾斜項分為:第一類外爾費米子 type-I Weyl fermion(保持洛倫茲不變性)、第二類外爾費米子 type-II Weyl fermion(不滿足洛倫茲不變性)、第三類外爾費米子 type-III Weyl fermion(高溫相、高陳數、高階傾斜項),第四類外爾費米子 type-IV Weyl fermion(不穩定復頻率)。
    • 高摺疊手性費米子 higher-fold chiral fermion:多層的類外爾費米子,在多個間隙中具有非零手性電荷。類狄拉克非手性費米子在每個間隙中都具有零手性電荷,而類外爾手性費米子在多個間隙中都具有非零手性電荷。對於N-重手性費米子,引入多間隙手性電荷 =(,…,),其中包括每個帶隙一個整數。從這裡開始,體邊界對應關係指定在間隙中存在手性表面態(費米弧)。這些狀態也稱為手性狀態,因為在表面布里淵區中沿閉合路徑選定的化學勢下,存在淨非零數量的向左或向右移動的准粒子。在多間隙情況下,多個間隙中左移子或右移子的淨數量為非零,導致手性費米弧在能量方向上堆疊。三摺疊手性費米子 threefold chiral fermion
    • 狄拉克-外爾費米子 Dirac-Weyl fermion:是一對由時間反演對稱性T相關的螺旋邊緣態,它們連接了一個Dirac點和兩個獨立Weyl節點的投影,表明Dirac點與Weyl點作為一個整體是相互連接的。二維狄拉克-外爾費米子 Two-dimensional Dirac-Weyl fermion
    • 半狄拉克費米子 Semi-Dirac fermion:能帶色散在某一動量方向呈線性(類似狄拉克費米子),而在垂直方向呈二次函數(類似普通費米子),形成非對稱色散關係。
    • 三重簡併費米子 Threefold Degenerate Fermion:也稱為三分量費米子 three-component fermion,在能量相同的點存在三個不同的能級,這些能級能量一樣,但自旋數不一樣,屬於不同的能級。自旋張量和自旋矢量動量耦合之間的相互作用可以誘導三種不同單極電荷分類的三重簡併費米子()。
    • 多重簡併費米子 Multifold Fermions:能帶交叉點具有高於二重或三重的簡併度(如四重、六重),通常與晶體的高對稱性相關。
      • 六重簡併費米子 Sixfold Degenerate Fermion:能帶在動量空間某點形成6個對稱分布的支點(類似狄拉克錐但多分支),受晶體對稱性(如立方體對稱性)保護。
      • 八重簡併費米子 Eightfold Degenerate Fermion:能帶在特定對稱點(如立方體的體心)出現8個簡併態,常見於具有四重對稱性的材料(如過渡金屬氧化物)。
      • 十重簡併費米子 Tenfold Degenerate Fermion12重簡併費米子 12-Fold Degenerate Fermion14重簡併費米子 14-Fold Degenerate Fermion16重簡併費米子 16-Fold Degenerate Fermion18重簡併費米子 18-Fold Degenerate Fermion(18重能帶簡併度的交疊羽毛狀費米口袋)
      • 五重簡併費米子 Fivefold Degenerate Fermion:能帶交叉點具有5重簡併,受非西爾韋斯特對稱性(如螺旋對稱或滑移對稱)保護,可能出現在手性晶體中。
      • 七重簡併費米子 (Sevenfold Degenerate Fermions:能帶在高對稱點形成7重簡併,可能與奇數對稱性(如旋轉對稱)相關。
      • 九重簡併費米子 (Ninefold Degenerate Fermions:能帶交叉點具有9重簡併,可能由多重對稱性疊加(如旋轉對稱和鏡面對稱)產生。
    • 節點線費米子 Node-line Fermion:能帶在動量空間中形成一條連續的線狀節點(類似貝里曲率偶極子),受晶格對稱性保護。根據傾斜項分為:第一類節點線費米子 type-I Node-line fermion(保持洛倫茲不變性)、第二類節點線費米子 type-II Node-line fermion(不滿足洛倫茲不變性)、第三類節點線費米子 type-III Node-line fermion(高溫相、高陳數、高階傾斜項)。
    • 贗自旋-1/2 狄拉克-外爾費米子 pseudospin-1/2 Dirac-Weyl fermion贗自旋-1 狄拉克-外爾費米子 pseudospin-1 Dirac-Weyl fermion贗自旋-3/2 狄拉克-外爾費米子 pseudospin-3/2 Dirac-Weyl fermion贗自旋-2 狄拉克-外爾費米子 pseudospin-2 Dirac-Weyl fermion贗自旋-1 外爾費米子 Pseudospin-1 Weyl Fermion贗自旋-1 三重簡併費米子 pseudospin-1 Threefold Degenerate fermion(贗自旋-1 麥克斯韋費米子 pseudospin-1 Maxwell fermion)、雙重自旋-1/2 四重費米子 double spin-1/2 fourfold fermion自旋-3/2 四重費米子 spin-3/2 fourfold fermion(Massive fourfold spin-3/2 Rarita-Schwinger-Weyl (RSW) fermion)、雙自旋-1 六重費米子 double spin-1 sixfold fermion(sixfold double spin-1 Weyl fermion)、自旋-1/2 外爾費米子 spin-1/2 Weyl fermion自旋-1/2 雙外爾費米子 Spin-1/2 double-Weyl fermion自旋-1 三重點費米子 Spin-1 triple-point fermion自旋-1 雙三重點費米子 Spin-1 double-triple-point fermion拓撲荷-1 外爾費米子 Charge-1 Weyl fermion拓撲荷-2 外爾費米子 Charge-2 Weyl fermion拓撲荷-3 外爾費米子 Charge-3 Weyl fermion拓撲荷-4 外爾費米子 Charge-4 Weyl fermion二次色散外爾費米子 quadratic Weyl fermion拓撲荷-2 二次色散外爾費米子 Charge-2 quadratic Weyl fermion三次色散外爾費米子 cubic Weyl fermion三重費米子 Triple fermion拓撲荷-2 三重費米子 Charge-2 triple fermion二次色散三重費米子 Quadratic triple fermion二次色散接觸點三重費米子 Quadratic contact triple fermion狄拉克費米子 Dirac fermion拓撲荷-2 狄拉克費米子 Charge-2 Dirac fermion拓撲荷-4 狄拉克費米子 Charge-4 Dirac fermion二次色散狄拉克費米子 Quadratic Dirac fermion(四重簡併)、拓撲荷-4 二次色散狄拉克費米子 Charge-4 quadratic Dirac fermion二次色散接觸點狄拉克費米子 Quadratic contact Dirac fermion三次色散狄拉克費米子 Cubic Dirac fermion三次色散交叉狄拉克費米子 Cubic crossing Dirac fermion六重費米子 Sextuple fermion拓撲荷-4 六重費米子 Charge-4 sextuple fermion二次色散接觸點六重費米子 Quadratic contact sextuple fermion八重費米子 Octuple fermion外爾節線費米子 Weyl nodal-line fermion外爾節線網費米子 Weyl nodal-line net fermion二次色散節線費米子 Quadratic nodal line fermion三次色散節線費米子 Cubic nodal-line fermion狄拉克節線費米子 Dirac nodal-line fermion(fourfold degenerate nodal line fermion)、狄拉克節線網費米子 Dirac nodal-line net fermion節面費米子 Nodal surface fermion7節線聯結四重簡併費米子 four-fold degenerate 7-nodal-line-nexus fermion13狄拉克節線聯結費米子 13 Dirac nodal-line nexus fermion三重沙漏外爾費米子 Triple hourglass Weyl fermion全自旋極化沙漏拓撲荷-3外爾費米子 Fully spin-polarized hourglass charge-three Weyl fermion沙漏狄拉克節線環費米子 hourglass Dirac nodal loop fermion沙漏外爾節線環費米子 hourglass Weyl nodal loop fermion沙漏狄拉克節線鏈費米子 hourglass Dirac nodal chain fermion沙漏外爾節線鏈費米子 hourglass Weyl nodal chain fermion二次色散四重簡併狄拉克費米子 0D quadratic dispersion four-fold degenerate Dirac fermion八重簡併雙狄拉克費米子 eightfold-degenerate double Dirac fermion二次/線性節點線費米子 1D quadratic/linear nodal-line fermion沙漏節點線狄拉克費米子 1D hourglass nodal-line Dirac fermion二維對稱性強制節點表面費米子 2D symmetry-enforced nodal surface fermion
    • 牆紙費米子 Wallpaper fermion:物理上,表面態的簡併和相容關係可以約束為17個二維牆紙群的不可約共表示。
      • 牆紙狄拉克費米子 Wallpaper Dirac Fermion:四重簡併狄拉克費米子 fourfold-degenerate Dirac fermion,非對稱晶體可以容納特徵性的雙面狄拉克錐,在狄拉克點上具有四倍簡併性,受壁紙群對稱性的保護。
      • 莫比烏斯費米子 Möbius Fermion:能帶結構具有非平庸的拓撲纏繞特性,類似於莫比烏斯帶的幾何結構。其波函數在動量空間中經歷周期性相位翻轉,導致獨特的量子輸運行為(如分數化電荷激發)。
      • 沙漏費米子 HourGlass Fermion:能帶在三維動量空間中形成沙漏狀的交叉節點,通常出現在磁性材料或強關聯體系中。
    • 螺旋費米子 Helicoid fermionic:具有螺旋弧量子態(helicoid-arc quantum states)的拓撲手性晶體,這些晶體表面的電子顯示出一種極不尋常的螺旋狀費米子結構,它繞着兩個高度對稱的動量旋轉,表明電子的拓撲手性。體乘簡併帶費米子的存在是由晶體對稱性來保證的。
    • 平帶費米子 Flat-Band Fermion:在具有平坦能帶(能量與動量無關)的系統中出現的費米子,通常由幾何挫折或強關聯體系中。
    • 電荷中性費米子 charge-neutral fermion:在電子強大的相互作用下產生的一種電中性費米子,不帶正電或負電的中性粒子有可能存在於絕緣體中並能自由移動。
    • 無自旋軌道費米子 spinless fermion:忽略自旋軌道耦合效應的准粒子模型,其能帶簡併度較低,且量子態僅由動量空間位置決定。無自旋間隙類複合費米子 spin-less gapped composite-fermion-like
    • 高自旋手性費米子 higher-spin chiral fermion
    • 雙重態費米子 two-fold fermion:1964年,尤金·維格納(Eugene Wigner)提出了一種可能的新型費米子理論,除了自旋自由度,還存在一個離散自由度 ,稱為「維格納簡併性」。 自由度源自宇稱()和時間反演()對稱性的非常規表示,可能導致自旋與統計關聯的修正。雙重態費米子共有四種狀態組合,其對稱性群的投影表示允許新的統計行為。
    • 馬約拉納費米子 Majorana fermion:反粒子與自身相同的費米子。由馬約拉納對狄拉克方程式改寫得到了馬約拉納方程式。它同時是半個電子和半個空穴。一次色散馬約拉納費米子 linear dispersions Majorana fermion三次色散馬約拉納費米子 cubic dispersions Majorana fermion啞鈴馬約拉納費米子 Dumbbell Majorana fermion(啞鈴費米子 Dumbbell fermion)、弗洛凱馬約拉納費米子 Floquet Majorana fermions手性馬約拉納費米子 Chiral Majorana fermions螺旋馬約拉納費米子 helical Majorana fermions綴飾馬約拉納費米子 Dressed Majorana Fermiona型偶然簡併馬約拉納費米子 a-Type accidental degeneracy Majorana Fermionb型對稱性強制簡併馬約拉納費米子 b-Type symmetry-enforced degeneracy Majorana Fermion
    • 麥克斯韋費米子 Maxwell Fermion:用麥克斯韋方程(滿足自旋1的對易關係)描述的費米子激發。在具有線性色散的能帶交叉點中,能帶色散滿足麥克斯韋方程形式。
    • 威爾遜費米子 Wilson Fermion:在狄拉克點附近具有線性色散,但破壞了手性或奇偶對稱性,從而可以在晶格上實現不成對的狄拉克錐。形態表現為類似於半斯格明子(half skyrmion)、半斯格明子對(half-skyrmion pair)和奈爾斯格明子(Néel-skyrmion)結構的拓撲自旋紋理,具體取決於它們的質量。一維威爾遜費米子 1D Wilson fermions二維威爾遜費米子 2D Wilson fermions廣義威爾遜-狄拉克費米子 Generalized Wilson-Dirac fermions輕威爾遜費米子 light Wilson fermion無質量威爾遜費米子 massless Wilson fermions負質量威爾遜費米子 negative-mass Wilson fermions
    • 卡洛西-拉廷格-馬特里肯費米子 Caroli-de Gennes-Matricon Fermions:在第二類超導體的磁通渦旋核心處,超導能隙的抑制會導致准粒子形成離散的束縛態。
    • 拉里塔-施溫格費米子 Rarita-Schwinger Fermion:兩位物理學家William Rarita和Julian Schwinger在1941年預測了這種類型的准粒子,後來被稱為Rarita-Schwinger費米子。
    • 布朗-扎克費米子 Brown-Zak Fermion:在石墨烯超晶格中,強磁場下由朗道能級與晶格周期耦合形成,具有螺旋對稱性,具有高遷移率和獨特量子數。
    • 安德森費米子 Anderson Fermions:在強關聯電子系統或無序體系中,因量子干涉效應局域化的費米子准粒子。
    • 戈德斯通費米子 Goldstone Fermion:理論上可能存在高自旋(如自旋-3/2)的對稱性生成元,其破缺可能產生費米性戈德斯通粒子。
    • 路德維希費米子 Luttinger Fermion:一維費米液體理論中的准粒子。
    • 玻戈留玻夫複合費米子 Bogoliubov composite fermion:流動中性粒子,存在於摩爾-里德態(Moore-Read state)或 標準哈普林331態(standard Halperin 331 state)。中性玻戈留玻夫複合費米子 neutral Bogoliubov composite fermion
    • 重費米子 Heavy Fermions:強關聯電子體系中因局域化f電子與傳導電子雜化形成的准粒子,其有效質量可達自由電子的數百至數千倍。二維重費米子 Two-dimensional heavy fermions 、重外爾費米子 heavy Weyl Fermion、重狄拉克費米子 heavy Dirac Fermion
    • 正交費米子 Orthogonal Fermions:將正交費米場與伊辛物質場組合可以得到複合費米子,正交費米子由於不具有規範不變性,不能通過常規的觀測費米面的實驗手段,如角分辨光電子能譜測量到。
    • 獨占費米子 Exclusive Fermions:當兩個自旋相反的費米子被禁止占據同一量子能級時,就會出現一個獨占費米子系統。
    • 非厄米費米子 Non-Hermitian Fermions:在開放系統(如存在耗散或光子耦合)中,能帶具有虛部,導致粒子隨時間演化時發生指數衰減或增強。
  • 拓撲玻色子 Topological boson
    • 拓撲狄拉克玻色子 Topological Dirac bosons:通常是指光子、聲子、磁子等玻色子准粒子,在特定人工或自然系統中(比如蜂巢晶格或拓撲結構)表現出狄拉克型的線性色散。它們不像電子那樣來自費米子,而是集體激發的產物,常出現在光子晶體、磁性材料或超冷原子實驗中。狄拉克光子(Dirac Photon)、狄拉克聲子(Dirac Phonon)、狄拉克磁子(Dirac magnons)。在光學晶格中,用超冷玻色原子模擬的系統中,可以通過調整相互作用和晶格對稱性,構造出具有狄拉克錐的玻色子激發。在拓撲光子學或聲學中,周期性結構的邊界態可能支持狄拉克型的玻色子模式。
    • 拓撲外爾玻色子 Topological Weyl bosons:指的是某種具有類似外爾點(Weyl point)特徵的玻色准粒子,玻色子激發(比如光子、聲子或磁子)在這種外爾點附近的量子化形式。
    • 拓撲三分量玻色子 Topological three-component bosons:在光子晶體、聲子晶體或光學晶格中,可以通過對稱性設計,讓玻色子激發具有三個獨立的模式。三重簡併點(triple degeneracy)附近的准粒子可被描述為三分量玻色子。
    • 外爾光子 Weyl photons拓撲荷±1 外爾光子 charge±1 Weyl photons拓撲荷±4 外爾光子 charge±4 Weyl photons拓撲荷±2二次簡併雙外爾光子 two-fold quadratically degenerate double Weyl photons二次拓撲荷-2 外爾光子 quadratic charges-2 Weyl photons三重簡併自旋-1 外爾光子 three-fold degenerate spin-1 Weyl photons
    • 外爾聲子 Weyl phonons狄拉克聲子 Dirac phonons節點線聲子 nodal-line phonons節點環聲子 nodal-ring phonons拓撲節點盒聲子 topologically nodal-box phonons拓撲節點鏈聲子 topologically nodal-chain phonons拓撲節點網聲子 topologically nodal-net phonons拓撲節點籠聲子 topologically nodal-cage phonons沙漏聲子 hourglass phonons雙外爾聲子 Double-Weyl Phonons陳數-2 外爾聲子 charge-two Weyl phonons陳數-4 外爾聲子 charge-four Weyl phonons自旋-1 外爾聲子 spin-1 Weyl phonons雙重簡併節點外爾聲子 twofold degenerate nodal points Weyl phonons成對陳數-2 狄拉克-外爾聲子 Paired charge-2 Weyl-Dirac phonons四重簡併狄拉克點聲子 fourfold degenerate Dirac point phonons一維外爾節點線聲子 1D Weyl nodal-line phonons二維外爾節點面聲子 2D Weyl nodal-surface phonons二維沙漏型節環聲子 two dimensions Hourglass nodal loop phonons沙漏型節點鳥籠費米子 hourglass nodal birdcage fermion(蝶狀沙漏II類節點鳥籠聲子 Butterfly-shape hourglass type-II nodal birdcage phonons)、交叉實節線費米子 Crossed real nodal-line fermion(交叉實節線聲子 Crossed real nodal-line phonons)、簡併拓撲節線面聲子 Degenerate topological line surface phonons二次外爾節線聲子 quadratic Weyl nodal lines phonons(I型、II型和III型)、多重二次節線聲子 multiple quadratic nodal-line phonons線性外爾節線聲子 linear Weyl nodal lines phonons(I型、II型和III型)、節線面雜化聲子 nodal line surface hybrid phonons混合的節面和節線聲子 Hybrid nodal surface and nodal line phonons對稱性約束II型外爾聲子 Symmetry-enforced type-II Weyl phonons雜化外爾節線聲子 hybrid Weyl nodal-line phonons聲子外爾對 Phononic Weyl pair聲子外爾複合體 phononic Weyl complex(包括一個二次節點和兩個線性外爾點)、二維谷外爾點聲子 2D valley Weyl point phonons二維二次節點聲子 2D quadratic nodal point phonons二維狄拉克點聲子 2D Dirac point phonons外爾點聲子 Weyl point phononsC-1 外爾點聲子 C-1 Weyl point phononsC-2 外爾點聲子 C-2 Weyl point phononsC-3 外爾點聲子 C-3 Weyl point phononsC-4 外爾點聲子 C-4 Weyl point phonons狄拉克點聲子 Dirac point phonons三重點聲子 triple point phonons六重點聲子 sextuple point phonons節點線聲子 nodal line phonons外爾節點線聲子 Weyl nodal line phonons狄拉克節點線聲子 Dirac nodal line phonons開外爾節點線聲子 Open Weyl nodal line phonons閉合外爾節點線聲子 close Weyl nodal line phonons不同形狀節點線聲子 different shapes nodal line phonons節點表面聲子 nodal surface phonons一節點表面聲子 one-nodal surface phonons二節點表面聲子 two-nodal surface phonons三節點表面聲子 three-nodal surface phonons
    • 狄拉克磁振子 Dirac magnons外爾磁振子 Weyl magnons三分量磁振子 three-component magnons手性磁振子 Chirality magnons狄拉克節線磁振子 Dirac nodal line magnons拓撲荷-2 三重磁振子 C-2 triple magnon拓撲荷(2)-2 六重磁振子 C2-2 sextuple magnon拓撲荷-4 八重磁振子 C-4 octuple magnon拓撲荷-4 六重磁振子 C-4 sextuple magnon拓撲荷-8 狄拉克磁振子 C-8 Dirac magnon十二重磁振子 duodecuple magnon八重磁振子 octuple magnon六重磁振子 sextuple magnon三重磁振子 triple magnon八重節線磁振子 octuple nodal line magnon四重節面磁振子 quadruple nodal plane magnon四重節面網磁振子 quadruple nodal plane net magnon交替磁性劈裂手性磁振子 altermagnetic-splitting chiral magnon
    • 利布-林內格玻色子 Lieb-Liniger Bosons:具有接觸相互作用的 Lieb-Liniger 模型的玻色子。
    • 唐克斯-吉拉多玻色子 Tonks-Girardeau Bosons:強排斥作用極限下 Tonks-Girardeau模型的玻色子。
  • 狄拉克玻色子 Dirac boson:具有顯著軌道對稱性(如p波或d波)的費米子超流(超導)相,支持在能隙內具有非阿貝爾編織統計特性的邊緣態費米子打開。在玻色子系統中也有類似的現象,由於相互作用和軌道對稱性的相互作用,拓撲基本激發自然發生在交錯手性玻色子超流體中。通過調整分量的粒子數不平衡,發生了拓撲相變,同時在狄拉克錐附近出現了體隙。這導致有限系統的間隙邊緣激勵中的能量有限,拓撲保護的邊緣激發是由背景手性超流體產生的,實現了拓撲手性費米子超流的玻色子對應物。π貝里通量狄拉克玻色子 π Berry flux Dirac bosons磁性狄拉克玻色子 magnetic Dirac bosons
  • 外爾玻色子 Weyl Boson:外爾共形引力理論為滿足定域標度不變性而引入的規範場量子,其核心作用在於修正時空聯絡並維持理論對稱性。
  • 整數自旋費米子 integer spin Fermion:有兩條途徑可以實現整數贗自旋的費米子激發。在晶體中,龐加萊對稱性破缺,准粒子只需要滿足龐加萊對稱群的一些特定子群(如空間群),並不受龐加萊對稱性的約束。在考慮自旋-軌道耦合和雙值群表示(即自旋1/2特性,波函數旋轉2π給出負號)的限定條件下,搜尋了晶體中所有的230種空間結構,發現其中3重簡併點對應的費米准粒子激發具有自旋為1的特性。超冷原子研究的鹼金屬原子中,具有偶數個核子的電中性原子是費米子,而具有奇數個核子中性原子則是玻色子。把它們放在光晶格中時,無論玻色原子還是費米原子,都可選擇最外層電子的幾個能態來研究。選擇2個內態則是贗自旋1/2,選擇3個內態則是贗自旋1。模擬贗自旋1的准費米子激發需要選擇3個內態的費米原子激發。
  • 半整數自旋玻色子 half-integer spin boson:在自旋空間群對稱性下可能實現半整數贗自旋的玻色子激發。
  • 分形粒子 Fracton particle[68]:體系在局域算符的作用下產生的原激發顯示出受拓撲約束限制的運動,類似於相位子對準晶的特殊動態。出現在高秩規範理論(如Haah碼)中,與量子糾錯碼相關。Type I僅可沿特定方向移動,Type II可移動但需集體激發。
    • 分形子 Fracton:在具有分形結構的基底上的集體量子化振動,是聲子的分形模擬。原激發無法移動(除非產生額外激發),零維受限(不可自由移動)。
    • 次維度粒子 subdimensional particle:子維度粒子,在孤立狀態下不動的突然發生的拓撲准粒子激發。原激發只能在某些特定方向移動。
      • 線子 Lineon:一維沿直線路徑的移動的准粒子(如磁通或電荷),是一維受限准粒子。表現為沿晶格邊界的弦狀缺陷,其運動自由度受限於晶格的幾何結構。
      • 弦子 Stringon:在分形子相或其他高維拓撲系統中,與弦狀拓撲缺陷相關的准粒子(如磁通弦或電荷弦),特指在一維弦路徑上受限移動的激發。
      • 平面子 Planon:在分形子相(fracton phases)中,沿二維平面自由移動的准粒子(如電荷或磁通),是二維受限的准粒子。
      • 體積子 Volumeon:在三維空間中,某些激發可能表現為與整個體積相關的激發態。
    • 偶極分形子 Dipolar Fracton:可沿特定方向移動,但需與其他分形子組成偶極對(類似「粒子-反粒子」束縛態),表現為一維線狀運動或二維平面內運動
    • 空心分形子 Hollow Fracton:在分形子系統中,空心指拓撲缺陷或空位激發的分形子,其激發模式類似於空穴。
  • 幽靈統計粒子 Ghost Statistics Particles:幽靈統計(Ghost Statistics)通常出現在量子場論中,如規範場論的 Faddeev-Popov 幽靈,用於處理規範對稱性。它們不完全是物理粒子,但在某些理論模型中表現出奇異統計。幽靈場可能是費米子型(反對易)或玻色子型(對易),但其物理意義與傳統粒子不同。在某些超對稱理論中,可能表現出混合統計。
  • 無窮統計粒子 Infinite Statistics Particles:無窮統計(Infinite Statistics)是一種理論上的統計類型,假設粒子可以以無窮多種方式對稱化,不受費米子或玻色子限制。超越了有限階的對稱性(如仲統計)。在高維或非局域系統中可能出現。

載流子

[編輯]

載流子(charge carrier),簡稱載子(carrier)。

  • 電子與空穴
    • 准電子 Elctron quasiparticle、Quasi-electron:受固體電子中其他力和相互作用影響的電子。電子在運動過程中受到來自原子核以及其它電子的作用,其行為可以視作帶有不同質量(有效質量)的自由電子。電荷載流子。電子
    • 准空穴 Hole quasiparticle、Electron hole:又稱為電洞,在半導體中共價鍵上流失一個電子,留下空位的現象,在半導體的價帶集體行進的電子,其行為可以視作半導體中存在著帶正電的電洞往反方向運行。空穴載流子。重空穴、輕空穴、自旋-軌道劈裂空穴。電子,陽離子
      • 電子相空間空穴 electron phase-space holes:一種防止低速電子靠近靜電孤立波源的結構。這些相空間空穴,就像 ESW 本身一樣,可以穩定地穿過周圍的等離子體。由於大多數等離子體總體上是電中性的,因此這些相空間空穴通常最終表現為正偽粒子(positive pseudoparticle)。
    • 雙據子 Doublon[69]:兩個粒子占據同一晶格位點的束縛態。電子、空穴
    • 庫珀對 Cooper pair:在低溫超導體中,電子並不是單個地進行運動,而是以弱耦合形式形成配對,形成庫珀對的兩個電子,一個自旋向上,另一個自旋向下。也是一種電-聲子作用導致的「極化子」。
      • 四電子(electron quartets):兩個庫珀對,具有周期性量子振盪,揭示了電荷4(Charge-4)的超導磁通量子的存在,表明樣品中存在相位相干的四電子超導凝聚態。
      • 六電子(electron sextets):三個庫珀對,具有周期性量子振盪,揭示了電荷6(Charge-6)的超導磁通量子的存在,表明樣品中存在相位相干的六電子超導凝聚態。
    • 拉什玻色子 rashbons:由 Rashba 規範場決定的玻色-愛因斯坦凝聚體中兩個費米子的束縛態,屬於玻色子。
    • 玻戈留玻夫粒子 Bogoliubon[70]:也稱為 Bogoliubov quasiparticle,是以蘇聯物理學家尼古拉·玻戈留波夫(Nikolai Bogoliubov)的名字命名的。它是玻色系統中粒子激發的一種線性組合,線性負電荷電子和帶正電荷電子空穴激發的組合的量子疊加態。玻戈留波夫通過一種數學變換(叫玻戈留波夫變換),把原來的粒子算符(描述創建和湮滅粒子的算符)重新組合成了新的算符,這些新算符對應的就是玻戈留波夫准粒子。破碎的庫珀對,具有費米子性質。
    • 預邁斯納對 PreMeissner Pair:高溫超導體中未形成庫珀對的短程關聯電子對。
    • 安德烈夫反射准粒子 Andreev Reflection Quasiparticle:一個電子入射,反射回來一個空穴的現象叫做安德列夫反射(Andreev Reflection)。長程交叉安德烈夫反射(Long-range crossed Andreev reflection,CAR)一個電子從納米線的一端打入,和另一端的電子配對,形成一個超導庫珀對。安德烈夫束縛態(Andreev bound states,ABS)(安子),超導-正常金屬界面中電子-空穴對的轉換過程形成的准粒子。超導體中具有兩大類缺陷態,磁性雜質誘導的具有自旋極化的局部束縛態於-柴-魯西諾夫束縛態(Yu-Shiba-Rusinov (YSR) bound states)和磁場誘導的磁通渦旋內的磁通束縛態卡羅利-德熱納-馬特里康束縛態(Caroli-de-Gennes-Matricon (CdGM) bound states)。在不均勻的超導體裡面,任何體能隙內的束縛態都可以叫做ABS態,馬約拉納束縛態也可以看作是一種非常特殊的ABS態,CdGM態和YSR態也是ABS態。
    • 朗道准粒子 Landau quasiparticles:特指費米液體理論中的准電子/空穴。
    • 熱載流子 Hot Carrier:非平衡態下高能電子或空穴的集體激發。超快熱載流子 ultrafast hot carrier
  • 鐵電子 Ferron[71]:電材料中的一種准粒子激發,能夠同時攜帶熱能和電極化(電偶極矩),類似於聲子和磁振子。
  • 聲子 Phonon:晶格中與原子位移有關的機械振動模式,是剛性原子晶格中發生的量子化振動模式。長波長聲子的特性導致固體中產生聲音,因此得名聲子。聲子被稱為玻色子,具有零自旋。
    • 聲學波聲子:用 A 表示,是由一個晶胞中所有原子一起「同向」振動引起,引起的原子位置變化會造成電子感受到的周期勢場的變化,從而對電子產生附加勢而對其運動造成散射。頻率隨着波長的增加而變小,對應於晶格中的聲波。縱向聲子和橫向聲子通常分別縮寫為 LA 和 TA 。
    • 光學波聲子:用 O 表示,是由一個晶胞中所有原子一起「相向」振動引起,這種光學波振動不會引起晶體形變,但是會產生一個極化電場。其出現在一個晶胞含有多個原子的晶格中。被稱為光學的,是因為在離子晶體中很容易被光激發。通常縮寫為 LO 和 TO,分別表示縱向和橫向類型。
    • 圓偏振聲子 Circularly polarized phonon:也被稱為手征聲子,具有非零角動量(AM)。
    • 綴飾聲子 Dressed phonon:指聲子與其他自由度(如電子、光子)耦合後被修飾的准粒子態。
    • 綴飾光子-聲子 Dressed-Photon-Phonon:指光子和聲子通過強耦合形成的混合準粒子,其能量本徵態是光子與聲子的疊加態,常見於光力學(Optomechanics)系統或光與晶格振動的相互作用中。
    • 多色聲子 Multicolor phonon:利用太赫茲腔激發,轉化為晶格振動。
    • 高壓聲子 HighPressure Phonon:高壓下晶格結構變化導致的聲子色散異常(如硅在高壓下的軟化)。
    • 莫爾聲子 Moiré Phonon:二維材料疊層形成莫爾超晶格時,局域晶格振動的量子化模式。與莫爾激子共同調控材料光學性質。
    • 表面聲子 Surface phonon:晶體表面或界面處原子振動的集體模式,其振動幅度和頻率與體材料不同,由表面晶格對稱性破缺引起。
    • 扭曲聲子 Twist Phonon:莫爾超晶格局域晶格畸變的量子化激發,主導超導轉變溫度。
    • 擴散子 Diffuson:在非晶材料熱傳導研究中,振動模式兩類之一,描述無序系統中粒子(如電子或聲子)的擴散行為。它不像聲子那樣是規則振動,而是捕捉了隨機傳播的集體特性。
    • 傳播子 Propagon:在非晶材料熱傳導研究中,振動模式兩類之一,受結構無序性限制的短壽命聲子,其傳播距離遠小於傳統聲子(如晶體中的縱/橫聲子)。核心機制為無序誘導的安德森局域化或多次散射效應。
    • 弛豫子 Relaxon[72]:指絕緣體熱傳導中聲子模式的集體激發態。其核心特性是以指數形式衰減到平衡態,並具有明確的壽命與平均自由程,突破了傳統聲子理論的局限性。
  • 時間聲子 Temporal Phonons:類比於空間晶體中的聲子(晶格振動的量子化),時間晶體在時間維度上的周期性結構可能導致「時間聲子」的激發。這種准粒子對應於時間平移對稱性破缺引起的集體振盪模式。
  • 時空聲子 space-time phonons:時間晶體與空間周期性結合(時空晶體),衍生出的涵蓋空間和時間的集體激發。
  • 准光子 Quasiphoton:指光子在特定環境中(如強散射介質或光子晶體)的有效准粒子化。在光子晶體或隨機介質中,光子的傳播受到散射或干涉影響,其行為被重整化為準粒子態。在等離子體物理中,電磁波的量子化激發。
  • 磁振子 Magnon:晶格中電子自旋結構集體激發的準粒子,可以被看作是量子化的自旋波,也就是磁性有序體的動態本徵激發。
    • 雙磁振子 Bimagnon:雙磁振子束縛態(two-magnon bound state)
    • 三磁振子 three-magnon:三磁振子束縛態(three-magnon bound state)
    • 扭曲磁振子 twisted magnon:扭曲自旋波 twisted spin wave,具有旋轉對稱性的磁體系中(如納米圓柱、圓盤等) 自旋波還可以攜帶軌道角動量。磁渦旋態是納米圓盤中一種常見的穩態,它具有三種典型的本徵模式,渦核的旋進模式、徑向自旋波(radially spin waves)角向自旋波(方位對稱的自旋波 azimuthally symmetric spin waves)模式,角向自旋波具有軌道角動量屬性,屬於扭曲自旋波的一種。扭曲反鐵磁振子 twisted antiferromagnetic magnon
    • 磁液滴孤子 Magnetic droplet solitons:是一種動態磁結構,它是由於具有垂直磁各向異性的薄膜中的自旋波之間的吸引相互作用而形成的。
    • 電磁振子 Electromagnon:同時攜帶磁矩與電極化的集體激發,見於多鐵性材料。自旋拉伸電磁振子 spin-stretching electro-magnons
    • 平帶磁振子 flat-band magnons
    • 域壁磁振子 Domain Wall Magnon:是磁性系統中拓撲缺陷(疇壁)與自旋波量子(磁振子)耦合產生的。
    • 鐵磁磁振子 Ferromagnetic Magnon:鐵磁體中由相鄰自旋平行排列的交換作用激發的集體自旋波。
    • 反鐵磁磁振子 Antiferromagnetic Magnon:反鐵磁體中由相鄰自旋反平行排列形成的自旋波激發。異相反鐵磁磁振子 out-of-phase antiferromagnetic magnon、同相反鐵磁磁振子 in-phase antiferromagnetic magnon
    • 多鐵磁磁振子 Multiferroic Magnon:多鐵性材料中與電極化耦合的磁振子。
    • 交錯磁磁振子 Altermagnet Magnon
    • 圓偏振磁振子 circularly polarized Magnon:圓偏振自旋波在各自的子晶格中以不同的振幅振盪,並引起斯格明子霍爾效應。這兩種模式在子晶格交換下是對稱的,並決定了霍爾角的整體符號。
    • 線偏振磁振子 linearly polarized Magnon:線偏振自旋波,線偏振自旋波,兩個子晶格以相反方向橢圓振盪,但振幅相同。它們僅將斯格明子加速到它們自己的傳播方向。
    • 體磁振子 Bulk Magnon:三維磁性材料內部傳播的自旋波量子。能量連續譜,易與聲子耦合導致能量耗散。
    • 表面磁振子 Surface Magnon:局限於材料表面的自旋波模式,因表面對稱性破缺形成。季亞科諾夫表面磁振子 Dyakonov surface magnon (DSM)
    • 層間磁振子 Interlayer Magnon:二維反鐵磁異質結中自旋波跨層傳播,調控界面自旋流。
    • 谷間磁振子 inter-valley magnon:電荷中性自旋-1 谷間磁振子 local charge-neutral spin-1 inter-valley magnon
    • 沃克磁子模 Walker magnon mode:磁性塊體空間受限磁子態。
    • 光誘導磁子態 pump-induced magnon mode, PIM:在低磁場下,鐵磁絕緣體單晶球在受到強微波激勵時,內部的非飽和自旋會獲得一定的協同性,產生一個與微波激勵信號同頻率振盪的自旋波。
    • 排斥結合磁振子 repulsively bound magnons:磁振子排斥性結合態,束縛磁振子對(bound magnon pairs),束縛三磁振子態(bound three-magnon states)。
    • 贗戈德斯通磁振子 Pseudo-Goldstone Magnons:單疇固有螺旋相中的低能磁激發表現出軟螺旋磁振子模式,其能隙較小,不存在磁布拉格峰。因為它們在線性自旋波理論中似乎沒有間隙,並且僅由於高階量子漲落校正才獲得有限的間隙。
    • 贗磁振子 Pseudomagnon:贗自旋自由度的量子化激發。
      • 谷贗磁振子 Valley Pseudomagnon:在具有多個能量簡併的動量空間極值點(即「谷」,如K和K'點)的材料中,不同谷的自由度被抽象為贗自旋。
      • 子晶格贗磁振子 Sublattice Pseudomagnon:在雙層或多層材料中,不同層的自由度被抽象為贗自旋。
      • 層贗磁振子 Layer Pseudomagnon:在雙層或多層材料中,不同層的自由度被抽象為贗自旋。
      • 軌道贗磁振子 Orbital Pseudomagnon:通過不同原子軌道(如pₓ、pᵧ軌道)的簡併態構造贗自旋。
      • 手性贗磁振子 Chirality Pseudomagnon:在具有手性(左旋/右旋)對稱性的系統中,手性自由度被抽象為贗自旋。
      • 莫爾贗磁振子 Moiré Pseudomagnon:在莫爾超晶格(Moiré Superlattice)中,由超晶格周期勢導致的贗自旋自由度。
      • 電荷密度波贗磁振子 Moiré Pseudomagnon:在電荷密度波系統中,不同相位或極化的電荷序被映射為贗自旋。
  • 電荷自旋分離 Spin-charge separation
    • 空穴子 Holon電荷子 Chargon:電子自旋-電荷分離形成的准粒子。
    • 軌道子 Orbiton[73]:電子自旋軌道分離產生的准粒子。
      • 磁軌道子 magneto-orbitons:磁軌道表現的集體模式,是由系統中磁軌道耦合引起的耦合軌道-磁振子激發引起的。
    • 自旋子 Spinon:又稱贗費米子(pseudo-fermion)、由電子自旋電荷分離而產生的一種准粒子,自旋1/2,它可以形成量子自旋液體和強相關的量子自旋液體。
      • 雙重子 Doublon[74]:雙自旋子 two-spinon,在量子磁系統中,兩個自旋子通過強關聯作用形成的複合准粒子,反鐵磁三聚體自旋鏈中能磁激發。
      • 四重子 Quarton:四自旋子 four-spinon,在量子磁系統中,由四個自旋子或更複雜的關聯結構組成,反鐵磁三聚體自旋鏈高能磁激發。
      • 三重子 Triplon[75]:在量子自旋系統中形成的准粒子,由三重態(triplet state)電子配對激發產生。
      • 五重子 Quinton:其激發態簡併度為五倍。
      • 雙粒子激發 two-particle excitations:雙單重子 two-singlon、雙三重子 two-triplon、三重子-五重子triplon-quinton 、雙五重子 two-quinton
      • 狄拉克自旋子 Dirac Spinon:線性色散關係,它們的能量與動量呈線性關係。
      • 綴飾自旋子 Dressed-Spinon:自旋子與傳導電子耦合形成自旋子Kondo效應。
    • 旋渦子 Vison:在量子自旋液體中的規範場通量對應量子化的拓撲分數化激發,這些通量的存在或缺失構成系統的低能激發態,類似於超導體中的渦旋激發。與自旋子(Spinon)共存,滿足非阿貝爾統計。

光子准粒子

[編輯]

光子准粒子 photonic quasiparticles:是電磁模式的量子化激發。作為光場的一部分,光子准粒子模式形式上是任意介質中頻率ω的 Maxwell 方程在邊界條件下的量子化時諧解,是一個廣義的概念,它允許任何介質中電磁場的量子化,包括非局域的電磁場,比如等離子、極化子、聲子、激子、磁振子等極化激元,這些准粒子可以用許多與光子相同的方式進行操縱。不僅是極化激元,還包括在真空和均勻介質中的光子、透明介質中的光子、腔光子、布洛赫光子,范德華材料中的光子、光子晶體中的光子,甚至包括看起來是非光子的激發,比如體等離子體和體聲子(描述非局域響應函數)中進行量子化。

  • 激子 Exciton:一對電子與空穴由靜電庫侖作用相互吸引而構成的束縛態,是一種類氫系統。除了普通低能激子(A excitons),還有高能量的谷激子(B exciton)。按維度分類:體激子(Bulk Exciton,3D)、面激子(surface exciton,2D)、線激子(1D)、點激子(0D);在量子點中按運動特性分類:自由激子,可以在材料中自由移動,束縛激子,被缺陷或界面束縛。電子、空穴。根據所組成的電子和空穴在實空間和動量空間的相對位置,激子可以分成四類:I型激子(實空間直接、動量空間直接)、II型激子(實空間直接、動量空間間接)、III型激子(實空間間接、動量空間直接)以及IV型激子(實空間間接、動量空間間接)。根據電子的自旋狀態,可以將激子分為單線態激子、雙線態激子以及三線態激子。
    • 瓦尼爾-莫特激子 Wannier-Mott Exciton:電子和空穴分布在較大的空間範圍,庫侖束縛較弱,電子「感受」到的是平均晶格勢與空穴的庫侖靜電勢,這種激子主要是半導體中
    • 弗侖克爾激子 Frenkel Exciton:電子和空穴束縛在體元胞範圍內,庫侖作用較強,這種激子主要是在絕緣體中。
    • 電荷轉移激子 charge transfer Exciton:CT激子,介於上述兩種之間的中間狀態,電子和空穴位於相鄰分子上,在有機太陽能電池中起重要作用。
    • 混合瓦尼爾-莫特-弗侖克爾激子 Hybrid Wannier-Mott-Frenkel Excitons:結合瓦尼爾-莫特激子和弗侖克爾激子優點的有機-無機界面上的混合激子。
    • 單重態激子 Singlet Exciton:也稱S1激子、副激子(Paraexciton),是由電子和空穴的自旋方向相反組成的。具有很長的壽命和高的光量子效率。
    • 三重態激子 Triplet Exciton:也稱T1激子、正激子(Orthoexciton),是由電子和空穴的自旋方向相同組成的。與S1激子相比,T1激子的能量較低,壽命較短。
    • 三子 Trion:三激子、三極子、三角子,與帶電激子不同,是一種由兩個電子和一個空穴或者兩個空穴和一個電子組成,三個粒子通過庫侖相互作用形成不可分割的複合態,無法分解為激子與自由載流子的簡單組合。通過三體 Bethe-Salpeter (3B-BSE)方程和簇展開技術,發現三子對應不可約三體簇<eeh>或 <ehh>,其形成需要三個粒子的直接關聯,無法通過激子與自由電子的弱耦合解釋。僅在間隔谷(intervalley) 情況下存在,即兩個電子來自不同谷(如 K 和 K』谷),具有不同的自旋或軌道角動量。負暗三角子 negative dark trions正暗三角子 positive dark trions莫爾三角子 Moiré Trion
    • 帶電激子 Charged Exciton:是激子與電子或空穴的弱耦合態,其本質是一個激子與一個電子或空穴通過庫侖相互作用形成的准粒子。通過簇展開技術,帶電激子對應可分解的弱耦合態<e><eh>或<h><eh>,其中激子與電子之間的相互作用通過更高階的不可約簇(如<eee>或 <hhh>)進行重整化。在間隔谷和同谷(intravalley) 情況下均存在,即兩個電子可來自同一谷或不同谷。
    • 四子 quadruplon:與雙激子不同,是一種由兩個電子和兩個空穴組成的更一般的、真正的四體複合粒子,,不包含明確的激子對。屬於不可約的四階簇(4B irreducible cluster),四個粒子作為一個整體緊密關聯,無法分解為兩個獨立的雙粒子複合體。
    • 雙激子 Biexciton:由兩個激子通過弱相互作用結合形成的四粒子複合體,可視為兩個獨立的激子(2B)的弱耦合組合,類似於「分子」結構。電中性雙激子(四准粒子:2電子+2空穴)和單電雙激子。
    • 雙電荷激子 doubly charged exciton:攜帶兩個淨電荷的四粒子激發,一個激子和兩個電子或者一個激子和兩個空穴的束縛態。
    • 四元子 quatron:四體相互作用,包括激子與兩個電子(空穴)的散射(光子激發產生激子的同時,兩個背景電子被散射至更高能態)或三子與一個電子(空穴)的散射(三子形成時,另一個電子被散射,形成四粒子相互作用態)。
    • 蘇里斯四子 Suris tetron:是由四個准粒子組成的狀態(一個激子、一個電子和費米海中的一個空穴),在緻密電子氣體存在下的激子-電子相互作用導致形成。[20]
    • 帶電雙激子 Charged biexciton:高階激子複合體,由兩個電子、兩個空穴及一個額外電荷載流子(如自由電子或空穴)通過庫侖相互作用形成的五粒子准粒子態。
    • 晶胞間帶電激子複合體 intercell charged exciton complexes:晶胞間空穴被分布在三個相鄰莫爾陷阱中的夥伴電子波函數包圍,這種三維激子結構除了垂直偶極子外,還能產生大的平面內電四極矩,摻雜後,四極子促進層間莫爾激子與相鄰莫爾單元中的電荷結合,晶胞間帶電激子複合物。
    • 哈伯德激子 Hubbard exciton:空穴子和雙聚子之間的吸引相互作用可以形成束縛對,在Hubbard模型中,動能提供了結合能。雙據子-空穴子激子 doublon-holon exciton空穴子-雙據子-空穴子 三子複合激子 holon-doublon-holon trion complexes exciton雙據子-空穴子對 Doublon-Holon Pair雙據子-雙據子對 doublon-doublon pair空穴子-空穴子對 holon-holon pair
    • 偶極激子 dipolar exciton:無需外加電場就具備電偶極矩的激子,其電子和空穴在實空間上是分離的。在耦合雙量子阱中發現,其電子和空穴分別位於兩個量子阱中,電偶極矩方向垂直於阱面,具有顯著的斯塔克效應。
      • 亮偶極激子 Bright dipolar exciton:既具有固定電偶極矩又具備較強的與光相互作用能力。
      • 暗偶極激子 dark dipolar exciton間接動量空間暗激子 indirect momentum space dark exciton
      • 層間激子 interlayer exciton (ILXs):空間間接激子indirect excitons(lXs),層間(層內)激子是一種特殊的偶極激子,其電子和空穴分別位於上下兩層。層內電荷轉移激子 intralayer charge-transfer exciton雜化層間激子 hybridized interlayer excitons (hIX)
      • 間隔一層激子 every-other-layer exciton
      • 四極激子 quadrupolar exciton (QX):具有反對齊偶極矩的兩個偶極激子的疊加。耦合自旋三重態層間激子的谷內與谷間雜化作用形成四極激子。明四極激子 Bright Quadrupolar Exciton暗四極激子 Dark Quadrupolar Exciton
    • 熱激子 hot exciton
    • 亮激子 bright exciton:能夠與光相互作用的激子。
    • 暗激子 dark exciton:動量空間間接躍遷激子,因動量或自旋禁戒而無法直接通過光躍遷複合發光的激子。由自旋相反的子能級形成(如自旋三重態激子)時,其複合被自旋選擇規則禁止。由不同動量谷(如K與Q谷)的電子-空穴對構成時,導致複合時無法滿足動量守恆,表現為非輻射躍遷。動量禁阻暗激子 momentum-forbidden dark excitonsK-Q 動量暗激子 K-Q momentum-dark excitons自旋禁戒暗激子 Spin‐Forbidden Dark Excitons局域暗激子 Localized Dark Exciton谷相干暗激子 Valley-Coherent Dark Excitons
    • 自旋-軌道激子 spin-orbit excitons自旋-軌道糾纏激子 spin-orbit entangled excitons
    • 自旋極化激子 Spin-polarized exciton:自旋激子 Spin Exciton,電子與空穴對由自旋軌道耦合,自旋自由度被選擇性極化的激發態。
    • 谷極化激子 Valley-polarized exciton:谷激子 Valley Exciton,電子-空穴對占據特定動量谷,動量谷自由度被選擇性極化。
    • 層極化激子 Layer-polarized exciton:層激子 Layer exciton
    • 磁激子 Magneto-exciton:在半導體材料中,當外部磁場作用於電子和空穴時形成的准粒子。狄拉克磁激子 Dirac Magnetoexciton巨磁激子 Giant Magneto-Exciton
    • 磁振子激子 Magnon-exciton激子磁振子 Exciton-magnon混合自旋軌道激子磁振子 hybrid spin-orbit exciton magnon
    • 磁性表面激子 magnetic surface exciton:某些磁性材料嚴格限制電子-空穴對在同一層內的運動,從而抑制了層間激子相互作用,導致表面激子的束縛能顯著高於體層激子。
    • 核心激子 Core Exciton:由深層價帶電子躍遷產生,能量較高(如真空紫外或X光波段),壽命極短(皮秒量級),常見於高能激發條件下的半導體材料。
    • 局域激子 Localized Exciton:由於晶格畸變、雜質、缺陷等因素引起的電子和空穴的局域化現象,形成的一種激發態。
    • 瞬態激子 Transient Exciton:短暫存在的電子空穴對,研究光合作用等能量轉移過程的核心對象。
    • 應變激子 Strain-Engineered Exciton:通過晶格應變調控激子能級和遷移性質的准粒子。
    • 自陷激子 Self-Trapped Exciton (STE):固體材料中由激子(電子-空穴對)與晶格振動(聲子)強耦合作用形成的局域量子態。當激子通過電子-聲子相互作用引發晶格畸變時,其自身能量被局域勢阱捕獲,形成穩定的束縛態。
    • 手性表面激子 chiral surface exciton:由結合在一起並在固體表面上彼此旋轉的粒子和反粒子組成。
    • 馬漢激子 Mahan exciton:1967年,Gerald Mahan 預測,在絕緣體到金屬莫特躍遷以上的電子空穴密度下,激子束縛態仍然可以存在於半導體中。
    • 莫爾激子 Moiré exciton:當兩層二維(2D)材料以相對扭曲角度或晶格不匹配垂直堆疊時,就形成了莫爾超晶格,莫爾激子是由莫爾超晶格中莫爾勢調製的電子空穴束縛態。計算顯示莫爾激子具有不同的特徵,包括調製的萬尼爾激子和層內電荷轉移激子。電荷轉移激子可以與外加電場強耦合、摻雜電子和從襯底中屏蔽電子。
    • 里德伯激子 Rydberg exciton:具有較大主量子數 n 的激子。
    • 里德伯莫爾激子 Rydberg moiré exciton:在莫爾超晶格中創建里德伯激子時,生成明亮和暗裡德伯激子的混合態,其中明亮激子具有較大的振子強度,可以與光耦合,而暗激子具有較小的振子強度,是光學禁戒的。混合是由莫爾勢使能的,它打破了系統的對稱性,並混合了明亮和暗態。
    • 里德伯激子複合物 Rydberg exciton complex:電子與空穴之間的庫侖相互作用導致激子複合物的形成,激子複合物是包括激子、三激子、雙激子在內多個粒子的緊束縛態,並且以更多的組分聚集在一起。少體波函數通常表現為具有大空間擴展的「胖」里德伯軌道,類似於正電子和核電荷數小的原子。
    • 類H+2准粒子 H+2-like quasiparticle:由兩個電子和一個與氮結合的空穴組成。
    • π子 Pi-ton:兩個電子和兩個空穴由電荷密度漲落或自旋漲落聯繫在一起,這些漲落總是將它們的特性從晶體的一個晶格點反轉180度到另一個晶格點,也就是以弧度計算的π角。
    • 量子液滴子 Quantum Dropleton[76]:簡稱量子滴,類似液體的准粒子,由大約5個電子和5個空穴構成。
    • 聚集子 Collexon:由原子晶格帶中的電子和帶正電空穴構成,是一個「粒子群」,其中的電子-空穴對則與周圍的電子結合起來發生作用。
    • 激子弦 Exciton String:多個電子-空穴對沿一維方向耦合的准粒子鏈。
    • 分形激子 Fractal Exciton:分形晶格中受限電子-空穴對的激發,具有非整數維度特性。
    • 分數激子 fractional exciton:攜帶分數電荷(如1/3e或2/3e單位電荷),其量子統計行為介於玻色子和費米子之間。在分數量子霍爾體系中,分數激子由電子和空穴的分數電荷配對形成。
    • 負質量激子 negative-mass exciton:當電子的質量為負且其絕對值比空穴質量要大時,可以存在帶有負質量電子的激子,電子和空穴則向同一方向移動,並繞着一個不在它們之間的中心而移動。
  • 近藤共振激發 Kondo Resonance:在近藤效應和重費米子系統中研究電子與局域磁性雜質相互作用形成的准粒子態。
  • 聲激子 Phoniton[77]:聲激子,理論上的聲子與物質激發(如激子、磁振子)雜化准粒子,兼具聲子的晶格振動特性和物質激發的局域化特性。其存在依賴於強耦合條件下的拓撲保護或對稱性破缺。
    • 暗態電子聲激子 dark states electron Phoniton:暗電子-聲子束縛態 dark electron-phonon bound states,這些束縛態通過頻域中等間隔的聲子重複譜現象表現出來。它們在尼爾溫度(Néel temperature)以上是光學「暗態」,而在磁有序態下變得可訪問。
    • 電子聲激子 electron Phoniton:電子-聲子束縛態,是電子和振動能級之間相干耦合。
    • 層間電子聲激子 Interlayer electron Phoniton:層間電子-聲子束縛態。
    • 激子聲激子 exciton Phoniton:層間激子-聲子束縛態。
    • 層間激子聲激子 interlayer exciton Phoniton:層間激子-聲子束縛態。
    • 磁振子聲激子 Magnon Phoniton:磁振子-聲子束縛態。
  • 極化子 Polaron:晶體和離子晶體中導帶的電子和與其周圍晶格畸變的帶電複合體,相當於電子與聲子云。極化子根據尺寸可分為小極化子(小於或等於晶格常數)和大極化子(遠大於晶格常數),分別由 Holstein 和 Fröhlich 模型描述。束縛極化子 Bound Polaron(局域磁極化子)、自由極化子 Free Polaron(離域極化子)。電子、聲子
    • 雙極化子 Bipolaron:兩個極化子的束縛態(Holstein 或 Fröhlich),類似於導電庫珀對。極化子 (電子、聲子)
    • 多極化子 multipole polaron:由一個四極晶體電場極化雲修飾的移動電子組成。
    • 大弗勒利希極化子 Large Fröhlich polaron:在極性材料中由電子與長程庫侖相互作用形成的極化子。形成是由於電子與晶格振動(光學聲子)的強耦合作用,這種耦合作用會導致電子周圍形成一個雲狀的電荷分布,從而形成極化子。
    • 小霍斯頓極化子 Small Holstein polaron:在非極性材料中由電子與晶格振動(聲子)的短程相互作用形成的極化子。形成涉及電子與晶格振動的弱耦合,導致電子周圍形成一個較小的電荷雲。
    • 電子極化子 electron-Polaron:電子在外電場作用下發生的極化現象。
      • 電子自旋極化子:是電子自旋在外磁場作用下發生的極化現象,電子自旋可以朝向與磁場方向相同或相反的兩個方向。
      • 電子軌道極化子:是電子在外電場作用下,電子軌道發生的極化現象。電子軌道極化子可以分為徑向極化子和角向極化子。徑向極化子是指電子在外電場作用下,電子的軌道在徑向方向上發生的極化現象。角向極化子是指電子在外電場作用下,電子的軌道在角向方向上發生的極化現象。
    • 光子極化子 Photon-Polaron:是指光子在介質中發生的極化現象。它們的產生與光的偏振狀態密切相關。
      • 線偏振光極化子:是指光在介質中傳播時,光的電場矢量只在一個平面上振動的極化現象。線偏振光極化子可以分為水平偏振光極化子和垂直偏振光極化子兩種類型。
      • 圓偏振光極化子:是指光在介質中傳播時,光的電場矢量在一個平面上既有振動分量又有旋轉分量的極化現象。圓偏振光極化子可以分為左旋圓偏振光極化子和右旋圓偏振光極化子兩種類型。
    • 聲子極化子 Phonon-Polaron:晶格振動極化子,是指晶體中聲子在外力作用下發生的極化現象。聲子極化子的產生與晶體中原子的振動有關。
      • 縱聲子極化子:是指晶體中的聲子在振動方向與聲波傳播方向相同的極化現象。
      • 橫聲子極化子:是指晶體中的聲子在振動方向與聲波傳播方向垂直的極化現象。
    • 空穴極化子 Holon-Polaron:是一種由空穴與周圍晶格振動(聲子)強耦合形成的准粒子,空穴通過極化晶格產生局域勢阱,形成自陷態,導致空穴被束縛在晶格畸變區域。
    • 孤子極化子 Soliton polaron孤子雙極化子 Soliton Bipolaron:聚乙炔存在兩類幾何上的同分異構體:順式和反式。反式聚乙炔是最簡單的導電聚合物,按照電子能態相位的差別,它的最基本的形態是A相和B相。如果一條碳鏈上同時存在A相與B相,兩相交界處會產生一個「缺陷」,隨着A相與B相自身的位移,「缺陷」在碳鏈上也會隨之運動,其形狀不會改變(除非外加能量),對應一個孤子(也對應一個未配對成鍵的電子)。由於量子力學的不確定性原理,孤子並不能被定域在一個碳原子上,SSH模型計算以及實驗表明孤子的全寬度約14個碳原子。中性孤子的自旋為1/2,不參與導電;導電孤子的帶電量為一個單位的正電荷或負電荷,自旋為零。兩個孤子可以融合成新的准粒子極化子(中性孤子與帶電孤子形成)與雙極化子(相同電性孤子形成)。
    • 磁性自旋極化子 Magnetic spin polaron:磁性極化子 Magnetic Polaron,是由電子與周圍晶格或磁性環境相互作用形成。在磁性半導體或量子阱中,載流子(如電子)的自旋通過耦合作用誘導周圍磁化強度的集體響應,形成電子-磁化畸變雲的束縛態。
    • 激子磁性極化子 Excitonic magnetic polaron:Exciton Magnetic Polaron,由磁性半導體微結構中鐵磁自旋耦合態與自由激子相互作用形成的複合元激發。
    • 磁極化子 magneto-polaron:由電子(或空穴)與磁性材料中的磁激發(如磁振子)相互作用形成。電子的運動受到周圍磁性環境的影響,形成一種結合了電子及其引發的磁畸變的「修飾態」。
    • 自旋波極化子 Spinaron:是一種新型多體態磁極化子,自旋激發磁振子和電子或空穴耦合產生的磁極化子的原子局域化版本。
    • 磁振子極化子 Magnon polaron:是具有磁振子和聲子混合特徵的基本激發,磁振子與聲子耦合形成拓撲。手征磁振子極化子 chiral magnon polaron(手性聲子)
    • 拓撲磁振子極化子 topological magnon polaron:由 Dzyaloshinskii-Moriya (DM)相互作用誘導的磁振子-聲子耦合。
    • 谷極化子 Valley polaron:電子或空穴在特定能谷中的強局域化效應。
    • 自旋極化極化子 spin-polarized polaron:自旋極化子 Spin polaron,由電子(或空穴)與材料(如反鐵磁體或鐵磁體)中局域自旋自由度(如磁性離子的自旋排列)強耦合形成「電子+自旋雲」的複合准粒子。
    • 自旋軌道極化子 Spin-orbital polaron (SOP):磁性外爾費米子系統中單原子缺陷附近存在有一類特殊的激發態,在非磁性的硫表面上單原子空位周圍會產生空間局域的磁性極化子,表現為三重旋轉對稱性的束縛態激發。
    • 自旋軌道雙極化子 spin-orbital bipolaron
    • 范德華極化子 van der Waals polaron:位於團簇范德瓦爾斯間隙位置的受限電子與局域晶格畸變耦合。由范德華相互作用主導的分子間振動耦合穩定的極化子,表現出獨特的極化子態和局部向上的能帶彎曲。
    • 里德伯極化子 Rydberg polaron:里德伯原子與玻色-愛因斯坦凝聚體(BEC)中的玻色子通過強相互作用形成的多體准粒子。
    • 鐵電極化子 Ferroelectric polaron:電子(或空穴)與鐵電材料中局域極化晶格畸變強耦合形成的准粒子。
    • 鐵磁極化子 Ferromagnetic polaron:電子(或空穴)與鐵磁材料中局域極化晶格畸變強耦合形成的准粒子。
    • CE型反鐵磁極化子 CE-type antiferromagnetic polaron
    • 齊納極化子 Zener polaron:通過雙交換(double exchange)機製鐵磁耦合的兩個鐵磁極化子形成的二聚體(FM極化子二聚體)。
    • 姜-泰勒極化子 Jahn-Teller polaron反姜-泰勒極化子 Anti-Jahn-Teller polaron:由姜-泰勒效應(Jahn-Teller distortion)驅動的晶格畸變與電荷載流子耦合形成的准粒子。電子簡併態通過自發對稱性破缺降低系統能量,導致局域晶格畸變並捕獲載流子。
    • 姜-泰勒雙極化子 Jahn-Teller bipolarons自旋軌道姜-泰勒雙極化子 Spin-orbital Jahn-Teller bipolarons
    • 霍爾斯坦極化子 Holstein polaron
    • 動態短程有序極化子 dynamic short-range-ordered polaron靜態長程有序極化子 static long-range-ordered polaron
    • 耗散極化子 Dissipative Polaron:與環境中聲子或光子強耦合的玻色子准粒子,適用於非馬爾可夫動力學研究。
    • 巡遊量子極化子 Itinerant quantum polaron:在高度可極化的環境中,電子在原子間的快速運動使得它自然地引發周邊偶極子的極化方向的快速變化(所謂的「量子漲落」)。
    • 平移不變極化子 translation-invariant polaron、TI-polaron:TI極化子的基態是電子-聲子系統的離域態,電子在空間任何點出現的概率都是相似的。電子密度和聲子模的振幅(通過與電子的相互作用重新歸一化)都是離域的。缺乏電子局域化(即自陷態)的極化子勢阱(由局域聲子形成)的概念。因此,平移不變極化子的激發極化電荷等於零。TI極化子可以產生束縛TI雙極子態,這在超導理論中起着重要作用。
    • 反扭曲極化子 anti-distortive polaron:極化子的形成是局部抵消和扭曲運動的過程。
    • 玻色極化子 Bose polaron:將原子雜質摻入玻色-愛因斯坦凝聚體,使用射頻光譜,在遠低於超流體臨界溫度的條件下,雜質形成了明確的准粒子,其反轉壽命隨溫度呈線性增長,符合量子臨界行為。微波修飾玻色極化子 microwave-dressed Bose polaron
    • 費米極化子 Fermi polaron:由一個雜質和一個費米海組成的複合體。雜質可以是一個電子、原子或分子,而費米海則是由許多費米子組成的量子態,比如金屬中的電子氣。當雜質和費米海之間有強烈的相互作用時,雜質會激發出費米海中的漣漪,也就是聲子或密度波。這些漣漪會跟隨雜質移動,形成一個極化子。費米極化子既不完全是費米子,也不完全是玻色子。它們具有一定程度的混合性,取決於雜質和費米海之間的相互作用強度和範圍。單重態極化子 Singlet polaron(激子與相同谷中的費米海發生耦合)、三重態極化子 Triplet polaron(激子與相反谷中的費米海發生耦合)、吸引費米極化子 Attractive Fermi polaron排斥費米極化子 repulsive Fermi polaron
    • 狄拉克費米極化子 Dirac Fermi polaron:狄拉克極化子 Dirac polaron,在狄拉克材料(如石墨烯、拓撲絕緣體、二維過渡金屬硫化物)中形成的准粒子,由高遷移率狄拉克費米子(如電子或空穴)與周圍集體激發(如聲子、等離激元或雜質)強耦合產生。
    • 排斥費米極化子 repulsive Fermi polaron:磁性外爾費米子系統中單原子缺陷附近存在有一類特殊的激發態,在非磁性的硫表面上單原子空位周圍會產生空間局域的磁性極化子,表現為三重旋轉對稱性的束縛態激發。
  • 等離激元 Plasmon:也叫電漿子等離體子,由電漿震盪量子化產生的準粒子,是自由電子氣的集體震盪。在光的作用下,材料中的電子發生集體振盪。這些電子波可以沿着材料表面傳播,從而在納米尺度上操縱光。
    • 等離極化子 Plasmaron:由等離激元和空穴耦合而產生的准粒子。
    • 等離光子激元 Plasmariton:由等離激元與光子通過強耦合形成的混合準粒子。在納米光子學系統中,當金屬或石墨烯中的自由電子集體振盪(等離激元)與電磁場(光子)發生強相互作用時,形成具有新色散關係的雜化模式,兼具光子的傳播性與等離激元的局域場增強能力。
    • 隧穿電子等離激元 tunnelling electron Plasmon:將發光分子放置在納米等離子體隧道結的隧穿路徑中會導致上轉換電致發光,其中發射的光子的能量超過激發電子的能量。
    • 電荷中性等離激元 charge neutral plasmon異相電荷中性等離激元 out-of-phase charge neutral plasmon
    • 光學等離激元 Optics Plasmon:電子在光的激勵下沿相同方向振盪。
    • 聲子等離激元 Phonon Plasmon:電子在聲子的激勵下沿相反方向運動。
    • 聲學等離激元 Acoustic Plasmon圖像等離體激元 image plasmon異相聲學等離子體激元 out-of-phase acoustic plasmon
    • 磁等離激元 Magneto-plasmon:是指存在於磁場中的等離子體中的一種集體激發模式,當外部磁場作用於材料時,電子的軌道運動會受到洛倫茲力的影響,導致電子密度在空間上重新分布,從而形成磁等離激元。
    • 磁性等離激元 Magnetic Plasmon:磁性材料中等離激元與自旋波耦合態,調控磁光效應。
    • 體等離激元 Volume plasmon:由電子束或帶電粒子在金屬中引起的具有縱波或壓縮波形式的自由電子的集體振盪。
    • 表面等離激元 Surface Plasmon:也叫表面電漿子,存在於任兩個其介電函數的實部在穿越交界面時改變正負號的物質的交界面間的相干電子震盪。是一種量子化的電荷密度波,是固體中自由電子相對於正電荷背景的離子實振盪的元激發。當光子照射到金屬表面時,其與金屬表面的自由電子發生耦合併導致金屬表面的電子發生集體性的振盪。特別是當入射光頻率與等離激元共振頻率相同時,會產生表面等離激元共振現象。根據表面等離激元傳播特性可分為表面等離極化激元和局域表面等離激元(Localized Surface Plasmon,LSP)
    • 贗表面等離激元 Sproof Surface Plasmons (SSP)
    • 負頻率等離激元 negative frequency plasmon:當原子高速運動時,多普勒效應會導致其與負頻率等離激元共振,而後者對應的電磁場極化方向恰好是原子偶極矩的「鏡像手性」。因此,原本「不匹配」的左旋原子反而成為摩擦力的「推手」。
    • 谷間等離激元 intervalley plasmon:原子薄的二維半導體,暴露於強光或電子摻雜時,會產生這種激發,增加緊密結合的電子-空穴對(或激子)之間的耦合。
    • 雙曲等離激元 hyperbolic plasmon瞬態雙曲等離激元 hyperbolic transient plasmon
    • 莫爾等離激元 Moiré plasmon:激發莫爾超晶格中的莫爾等離激元。
    • 莫爾磁等離激元 Moiré Magneto-plasmon:磁性莫爾超晶格中等離激元手性調控,實現太赫茲光偏振開關。
    • 非線性等離激元 Nonlinear plasmon
    • 狄拉克等離激元 Dirac plasmon
    • 拓撲節線等離激元 topological Nodal-Line Plasmon
    • 三維外爾半金屬等離激元 three-dimensional Weyl semimetals plasmon三維拓撲等離激元(three-dimensional topological plasmon)包括體等離激元 bulk plasmons表面/邊緣等離激元 surface/edge plasmons費米弧等離激元 Fermi-arc plasmons
    • 三維狄拉克半金屬等離激元 three-dimensional Dirac semimetals plasmon
  • 極化激元 Polariton:也叫電磁極化子偏振子,由電磁波之間的強烈耦合以及帶有電偶極子或磁偶極子的激發作用中產生,也可看為一顆受激的光子,它能解釋在共振中色散的光的交叉。光子,光學聲子。
    • 光子極化激元 Photon Polariton:光子與聲子耦合的混合激發,常見於光機械系統中。雜化激子-光子-聲子極化激元 hybridized exciton-photon-phonon polaritons二次耦合聲子-光子極化激元 quadratically coupled phonon-photon polariton混合原子-分子-光子極化激元 hybrid atom-molecule-photon polaritons光子晶體極化激元 Photonic Crystal Polariton
    • 聲子極化激元 Phonon polaritons (PhPs):聲子-電磁極化子由紅外線光子及光學聲子(Optical phonon )的耦合形成。
    • 縱向-橫向聲子極化激元 Longitudinal-Transverse Phonon Polariton (LTPP):同時具有橫向特性和縱向特性。
    • 朗道聲子極化激元 Landau-phonon polaritons (LPPs):來自石墨烯中的狄拉克磁激子模式與 hBN 中的雙曲聲子極化子模式的相互作用。
    • 幽靈聲子極化激元 Ghost phonon polaritons (g-PhPs):紅外領域中一類獨特的聲子極化子,其特點是在表面上具有超長無衍射傳播能力,在體內具有傾斜波前。
    • 中紅外圖像聲子極化激元 mid-IR image phonon-polaritons
    • 水波極化激元 Water Wave Polaritons
    • 激子極化激元 Exciton polaritons (EPs):是半導體量子結構中光學受限光和電子受限激發(激子)的量子疊加態。局域激子極化激元 localized exciton polaritons
    • 雙激子極化激元 Biexciton polaritons:雙激子躍遷和腔光子模式之間的強耦合狀態。
    • 帶電雙激子極化激元 Charged biexciton polaritons:半導體-納米腔體系中由帶電雙激子和等離激元相干耦合形成的五粒子極化激元。
    • 螺旋態拓撲激子極化激元 helical topological exciton-polariton:由贗時間反演對稱性保護。
    • 負質量激子極化激元 Negative-mass exciton polaritons:准粒子的動力學中的負質量效應。
    • 偶極極化激元 dipolaritons,dipolar polaritons:電極化激子-極化激元 electrically polarized exciton-polaritons,電極化激子-偶極極化激元 electrically polarized exciton-dipolaritons,是受限光子和電子激發相互作用的量子雜化,攜帶電偶極矩。板波導偶極極化激元 slab-waveguide dipolaritons非線性偶極極化激元 nonlinear dipolar polaritons
    • 庫珀對極化激元 Cooper-pair polaritons:帶有庫珀對。
    • 軸子極化激元 axion polaritons
    • 暗極化激元 Dark Polaritons:電磁感應透明(EIT)中光與原子系綜耦合形成的暗態激發,具有長壽命。
    • 谷極化激元 Valley Polaritons:谷電子態與光子的耦合。
    • 自旋極化激元 spin Polaritons:激子與光子強耦合形成,結合了激子的自旋自由度和光子的長程相干性。准自旋極化激元 quasispin polaritons
    • 磁振子極化激元 Magnon polaritons:自旋波極化激元,磁振子-電磁極化子,是磁振子與光耦合的結果。
    • 贗磁振子極化激元 pseudo-magnon-polaritons
    • 表面磁振子極化激元 Surface magnon-polaritons:真空和旋磁介質(可以是鐵磁或反鐵磁)界面處形成的磁振子極化激元。
    • 空腔磁振子極化激元 Cavity magnon polaritons腔磁振子 cavity magnonics腔光磁振子cavity optomagnonics,腔光子-磁子的強耦合體系,可理解為50%的光子態和50%的自旋態的混合疊加。
    • 磁激子極化激元 Magneto-exciton polaritons:在外加磁場作用下,激子與光子通過強耦合作用形成的。
    • 等離激元激子極化激元 Plasmon-exciton polaritons等離激元激子 Plexciton激子等離激元 Excimon:等離激子激元,等離子體與激子耦合而成。
    • 連續域束縛態極化激元 bound states in the continuum (BICs) Polaritons
    • 費米極化子極化激元 Fermi polaron-polaritons:表現出強束縛的三角子(trion)和極化子。等離激元-激子-三重子極化激元 Plasmon-Exciton-Trion polaritons
    • 界面等離極化激元 Interface plasmon polaritons
    • 表面等離極化激元 Surface plasmon polaritons:表面等離激元-電磁極化子,由表面電漿子及光子的耦合形成,波長取決於物質及其幾何結構。分為兩種局域表面等離子共振 Local Surface Plasmon Resonance,LSPR 表面等離極化激元 Surface Plasmon Polariton,SPPs長程表面等離極化激元 Long-Range Surface Plasmon Polaritons有效表面等離子體極化激元 effective surface plasmon polaritons (ESPP)人工表面等離極化激元 Spoof Surface Plasmon Ploariton (SSPP)超受限面內各向異性聲學太赫茲等離極化激元 ultraconfined in-plane anisotropic acoustic terahertz plasmon polaritons無損耗表面極化激元 lossless surface polaritons水波單向表面極化激元 water waves unidirectional surface polaritons(一維凹槽陣列可以等效為負水深)
    • 狄拉克等離極化激元 Dirac plasmon polariton布拉格散射狄拉克等離極化激元 Bragg scattered Dirac plasmon polariton
    • 體等離極化激元 Volume plasmon polaritons:支持波矢比自由空間中的光大得多的體視模式。
    • 幽靈極化激元 Ghost polaritons:沿着垂直表面方向的傳播常數為複數(同時有實部也有虛部),表現為該方向上的電磁場傳播呈現振盪衰減的特性。
    • 幽靈表面極化激元 Ghost surface polaritons
    • 范德華極化激元 van der Waals polaritons:具有范德華異質結構的材料。包括極性絕緣體中的聲子振動,半導體激子,超導體中的Cooper對以及(反)鐵磁體中的自旋諧振形成的激元。范德華等離極化激元 van der Waals plasmon polaritons范德華聲子極化激元 van der Waals Phonon polaritons范德華激子極化激元 van der Waals Exciton polaritons (EPs)范德華庫珀對極化激元 van der Waals Cooper-pair polaritons范德華磁振子極化激元 van der Waals Magnon polaritons
    • 莫爾極化激元 Moiré polaritons
    • 超表面極化激元 Metasurface Polaritons:光子與人工超表面(Metasurface,通常由亞波長結構組成)中的電磁共振耦合形成的准粒子。
    • 板波導極化激元 slab-waveguide polaritons
    • 子帶間極化激元 Intersubband polaritons:能帶內-電磁極化子,子帶間-電磁極化子由紅外或太赫茲光子與子帶間激發耦合而產生的。
    • 布拉格極化激元 Braggoritons、Bragg polaritons:布拉格電磁極化子是布拉格光子模式與體激子耦合的結果。
    • 空腔極化激元 Cavity polaritons:空腔激子極化激元 Cavity Exciton polaritons、共振腔-電磁極化子,空腔-電磁極化子是共振腔模態和激子的耦合會形成電磁極化子模態。
    • 微腔極化激元 Microcavity polaritons:能夠在小到波長級別的尺寸範圍內束縛和操縱光。
    • 增益驅動極化激元 Gain-Driven Polaritons:增益嵌入式腔磁學平台,由放大電磁場激活,增益驅動的光物質相互作用具有不同的效應。
    • 光力極化激元 Optomechanical Polariton:在光腔-機械振子耦合系統中,光子的輻射壓力會驅動機械振動(聲子)
    • 單向射線極化激元 unidirectional ray polaritons (URPs)
    • 有機激子極化激元 organic exciton-polariton:是由光學電磁模和有機分子中的弗倫克爾激子(Frenkel excitons)雜化形成的,是光子、電子和聲子的三重混合物。
    • 軸子極化激元 Axion Polariton:拓撲材料中光子與軸子場耦合的混合激發,具有反常電磁響應。
    • 狄拉克極化激元 Dirac polaritons[78]:狄拉克-電磁極化子,蜂窩狀超表面支持的光與物質相互作用的極化激元,超表面同時表現出兩種不同的無質量狄拉克極化子,I 型和 II 型狄拉克極化激元 type-I and type-II Dirac polaritons狄拉克激子極化激元 Dirac exciton-polariton狄拉克等離極化激元 Dirac Plasmon Polaritons
    • 季亞科諾夫極化激元 Dyakonov polaritons季亞科諾夫等離極化激元 Dyakonov Plasmon-Polaritons類季亞科諾夫表面極化激元 Dyakonov-like surface polaritons (DLPs)季亞科諾夫表面極化激元 Dyakonov Surface polaritons (DSPs)季亞科諾夫磁振子極化激元 Dyakonov Surface magnon polaritons (DSMPs)
    • 雙曲極化激元 Hyperbolic Polaritons (HPs):在雙曲材料中,由於材料的介電常數(或等效的電磁參數)在不同方向上具有相反的符號,色散關係呈現出雙曲面形狀。這種特性允許電磁波以非常規的方式傳播。雙曲剪切極化激元 Hyperbolic shear polaritons雙曲等離極化激元 Hyperbolic plasmon polaritons (HPPs)范德瓦爾斯雙曲極化激元 van der Waals hyperbolic polaritons電荷轉移雙曲極化激元 Charge-transfer hyperbolic polaritons對稱破缺雙曲極化激元 symmetry-broken hyperbolic polaritons平面雙曲極化激元 Planar hyperbolic polaritons體積約束雙曲極化激元 Volume-confined hyperbolic polaritons表面約束雙曲極化激元 Surface-confined hyperbolic polaritons雙曲光子極化激元 Hyperbolic Photon polaritons雙曲聲子極化激元 Hyperbolic Phonon Polaritons (HPhPs)雙曲回音壁聲子極化激元 Hyperbolic whispering-gallery Phonon polaritons面內雙曲聲子極化激元 in-plane hyperbolic phonon polaritons雙曲激子極化激元 Hyperbolic Exciton polaritons雙曲庫珀對極化激元 Hyperbolic Cooper-pair polaritons雙曲體視極化激元 Hyperbolic Volume Polaritons (HVPs)雙曲體視聲子極化激元 Hyperbolic volume phonon polaritons (HVPPs)雙曲表面極化激元 Hyperbolic Surface Polaritons (HSPs)雙曲表面聲子極化激元 Hyperbolic surface phonon polaritons (HSPhPs)雙曲表面聲子等離極化激元 Hyperbolic surface phonon plasmon polaritons雜化雙曲表面聲子極化激元 Hybridized hyperbolic surface phonon polaritons幽靈雙曲表面極化激元 Ghost Hyperbolic Surface polaritons(「面—體」複合型極化激元)、幽靈雙曲聲子極化激元 Ghost hyperbolic phonon polaritons (g-HPs)、、季亞科諾夫雙曲表面極化激元 Dyakonov hyperbolic Surface polaritons (DSPs)雙曲磁極化激元 Hyperbolic Magnetic polaritons雙曲磁振子極化激元 Hyperbolic Magnon polaritons雙曲超曲面微機械極化激元 Hyperbolic Metasurfaces Micromechanical Polaritons
  • 磁聲子 magnetophonon

分數化

[編輯]

多體分數化 Fractionalization in many-body systems:分數化准粒子(Fractional Quasiparticle),是強關聯量子系統中構成物質的基本物理單元(如電子、自旋)在相互作用下分裂為攜帶分數化量子數的元激發。

  • 分數電荷粒子 fractional charge particles:在某些量子系統中,由於電子的強相互作用和拓撲效應,系統可以「分裂」出攜帶分數電荷的准粒子。這些准粒子不是真正的獨立粒子,而是整個系統的集體激發,電荷值可以是e的分數,比如等。奇數分母電荷粒子與偶數分母電荷粒子的性質不同。分數態包含多種奇異量子相,包括陳絕緣體,分數量子拓撲絕緣體(FTI)、分數量子自旋霍爾態、非阿貝爾分數態。空穴摻雜側(),電子摻雜側()。已發現的分數態:-8/3、-5/2、-7/3、-2、-5/3、-3/2、-4/3、-1、-4/5、-2/3、-1/2、-2/5、-1/3、-1/5、0、1/7、2/7、1/3、2/5、3/7、1/2、4/7、2/3、3/4、6/7、1、6/5、4/3、3/2、5/3、9/5、2、11/5、7/3、5/2、8/3
    • 奇數分母分數電荷粒子:如最常見於分數量子霍爾效應的勞克林態(Laughlin)。這些態出現在填充因子是奇數,如 1/3、1/5、1/7)時。勞克林准粒子(Laughlin quasiparticles)的電荷是,比如時,電荷為時,電荷為。這是因為電子通過強相互作用「分擔」電荷,形成了一個新的有效粒子。這些准粒子是任意子,它們的統計介於費米子和玻色子之間。具體來說,它們的交換相位是分數形式的,比如是奇數)。這意味着交換兩個准粒子時,波函數會乘以一個相位,而不是簡單的(玻色子)或 (費米子)。
    • 偶數分母分數電荷粒子:如,出現在更複雜的量子霍爾態中,比如 是偶數)。這些狀態不像奇數分母那樣可以用簡單的單層勞克林波函數描述,而是涉及多層結構、複合費米子理論或非阿貝爾態。,准粒子電荷可能是 ,准粒子電荷為 或其倍數(如 ),具體取決於激發類型。這些准粒子也可以是任意子,但可能具有更複雜的統計行為。比如 (偶數分母態)中的准粒子被認為是非阿貝爾任意子,交換它們不僅改變相位,還可能改變量子態空間的結構。非阿貝爾性質意味着它們的統計依賴於交換順序,這與奇數分母的阿貝爾任意子(交換順序無關)不同。
    • 勞克林態 Laughlin state:電荷分數化最著名的例子之一是第個勞克林態(-th Laughlin state)中攜帶電荷的基本激發(准粒子或准空穴),它描述了分數量子霍爾態,是強關聯繫統的原型之一。
    • 激子勞克林態 Excitonic Laughlin states:具有谷數分數化但沒有電荷分數化的特徵,並且具有與伊辛磁體相同的量子化電荷霍爾電導率,, 在這些能帶中可以構建的具有最高激子密度的勞克林態是玻色子勞克林態,即使自發地破壞了時間反轉對稱性,也沒有谷極化。
  • 複合費米子 Composite Fermions:凝聚態物理中用於解釋分數量子霍爾效應的核心概念。通過將電子與偶數個(通常為2個)量子磁通量()綁定在一起,通過這種結合,電子的統計行為和物理性質會發生顯著改變。兩通量複合費米子 two-flux composite fermions四通量複合費米子 four-flux composite fermions六通量複合費米子 Six-Flux Composite Fermions
  • 複合玻色子 Composite Bosons:凝聚態物理中描述強關聯電子系統中准粒子行為的重要概念,在分數量子霍爾效應(FQHE)和其他低維強關聯體系中具有關鍵作用。通過將電子綁定奇數個量子磁通量(),其統計性質從原始的費米子轉變為玻色子,改變其統計性質,從而解釋複雜的量子多體現象。
  • 分數磁旋子 fractional Magneto-roton:一個帶分數正電荷的任意子,和分數負電荷的任意子形成的態。其長波可以看成正負任意子對的激子,短波可以看成一種正負任意子等離子體的密度波(聲子)。勞克林(Laughlin)態中的磁旋子是分數量子霍爾效應中的最低能量中性集體激發,由Girvin, MacDonald和Platzman類比液氦中的旋子而提出,可理解為複合費米子的激子。
  • 分數磁荷粒子 fractional Magnetic particles:在鐵磁伊辛自旋鏈中,自旋只能沿易軸方向排列,形成兩重簡併的鐵磁基態。體系的元激發是疇壁(即基態邊界),疇壁攜帶正或負的磁荷,可被視為自由的「磁極」。常規自旋的磁偶極矩通常表現為正負磁荷的緊密束縛態,但在分數化過程中,這一束縛態被打破,磁偶極矩分裂為獨立的分數磁荷,成為體系中的元激發。
  • 分數自旋粒子 fractional spinon particles:某些量子自旋液體中的自旋子可能攜帶分數化的自旋量子數(如1/2),但其拓撲自旋(由系統的拓撲序決定)可能進一步表現為分數化形式。有些准粒子的自旋不再是傳統費米子的半整數,而是其它分數形式,如 或其他非半整數值。強關聯繫統中,自旋可能分解為多個准粒子,每個准粒子攜帶部分自旋。
  • 分數化磁通子 Fractionalized Fluxon:量子自旋液體中攜帶磁通量的拓撲缺陷,與自旋子相互作用形成束縛態。
  • 分數化單極子 Fractionalized monopole:通常指具有分數拓撲荷(如 的准粒子或拓撲激發。

極子

[編輯]

極子 pole:通常用於描述電荷、磁荷或其他物理量的分布。多極展開基於球諧函數 ,其階數 為非負整數()。每一階對應 極子。

  • 單極子 Monopole:BPS (Bogomol'nyi-Prasad-Sommerfield equations) monopoles
    • 電單極子 electric monopole:具有孤立電荷的准粒子(區別於普通電子),具有球對稱的電荷分布和勢能分布。
    • 磁單極子 Magnetic monopole:在固體材料中,許多鄰近電子的自旋協同作用時,可以形成特定的自旋紋理模式,表現為孤立的正或負磁荷區域,這些區域在物理上表現為單一的正或負的磁荷。
      • 動量空間單極子 momentum-space monopole
      • 矢量磁單極子 Vector Magnetic Monopole:其行為類似於傳統理論中的磁單極子,具有特定的矢量特性,可通過材料中原子或電子的集體行為表現出來。其磁荷是量子化的,並由拓撲陳數刻畫。
        • 狄拉克磁單極子 Dirac magnetic monopole:存在於三維空間,自旋1/2阿貝爾-狄拉克單極子 spin-1/2 Abelian Dirac monopoles
        • 外爾磁單極子 Weyl magnetic monopole:凝聚態物質中的外爾點也被稱為外爾磁單極子。
        • 非配對外爾磁單極子 unpaired Weyl magnetic monopole
        • 三重簡併單極子 Threefold Degenerate band magnetic monopole:自旋1三重簡併拓撲單極子 spin-1 threefold band degeneracies topological monopoles
        • 楊磁單極子 Yang monopole:彎曲單極子,存在於五維動量空間中的四重簡併點,其磁荷拓撲性質由第二陳數(Chern number)描述。它源於楊-米爾斯理論中的非阿貝爾規範場,對應的貝里曲率積。自旋3/2非阿貝爾-楊單極子 spin-3/2 non-Abelian Yang monopoles
      • 張量磁單極子 Tensor Magnetic Monopole:存在於四維參量空間,由張量規範勢描述,磁荷由Dixmier-Douady拓撲不變量刻畫。
      • 分形跳躍單極子 Fractal-hopping monopole
    • 軌道角動量單極子 orbital angular momentum monopole (OAMM):類單極軌道-動量 Monopole-like orbital-momentum,軌道角動量源自電子波函數的空間配置,在手性拓撲半金屬中,缺乏鏡像對稱性導致軌道角動量的非平凡分布,形成類似磁單極的結構。
    • 聲學單極子 Acoustic monopole:在流體力學或聲學中,「單極子」指一個點狀的聲源(如脈動小球),向外輻射球對稱的聲波。雖然這是經典的單極子概念,但與電磁單極子的數學形式類似。
    • 光學單極子 Optical monopole:通過設計周期性介電結構,在光子能帶中引入等效的貝里曲率奇點,模擬外爾點或單極子行為。
    • 軸子單極子 Axion monopole:在軸子場與磁場的耦合模型中,軸子場的拓撲結構可能誘導出等效的磁單極子。
    • 引力單極子 gravitational monopole:假設的時空拓撲缺陷或非平庸結構,引力場中是否存在類似電磁學中磁單極子的孤立極源。
  • 雙荷子 Dyon:既帶電荷又帶磁荷的粒子。BPS (Bogomol'nyi-Prasad-Sommerfield equations) dyons
  • 上極子 anapole:在對稱群 的所有變換下變換為某個多極子(或相應的矢量球諧函數)的電流系統,但不會輻射到遠場。
    • 光子上極子 Photonics anapole:作為散射譜中特定多極米氏係數(Mie-coefficient)的零點出現,也可以解釋為笛卡爾多極子(cartesian multipole)和環形多極子(toroidal multipole)的相消干涉。
  • 偶極子 Dipole:指相距很近的符號相反的一對電荷或磁荷。線性四極子、方四極子
    • 點偶極子 point dipoles:是通過在保持偶極矩固定的情況下讓間隔趨向於 0 而獲得的極限。它的場形式特別簡單,多極子展開中的 1 階項恰好是點偶極子場。
    • 電偶極子 electric Dipole (ED):兩個相距很近的等量異號點電荷組成的系統。
      • 純電偶極子 Pure electric Dipole:點電偶極子 point electric dipoles,是一對相等且相反的電荷,它們之間的距離是固定的。
      • 基本電偶極子 elementary electric Dipole:兩個帶等量異種電荷且間距為原子或分子距離的點電荷。
    • 原子偶極子 Atomic dipoles分子偶極子 Molecular dipoles永久偶極子 Permanent dipoles瞬時偶極子 Instantaneous dipoles感應偶極子 Induced dipoles
    • 非彈性電子隧穿偶極子 inelastic electron tunnelling dipoles
    • 磁偶極子 Magnetic Dipole (MD):一個非常小的載流迴路大約是一個磁點偶極子(point Magnetic dipoles),這種迴路的磁偶極矩是迴路中流動的電流與迴路的(矢量)面積的乘積。靜態磁偶極子 static magnetic dipole
    • 引力偶極子 Gravitational Dipole (TD):在引力的情境下,系統的動量為偶極矩對時間的一階導數,是守恆量,不隨時間變化,因此偶極矩不產生引力輻射。
    • 環偶極子 Toroidal Dipole (TD):環形矩是電磁場多極展開中的一個獨立項,與磁多極和電多極不同,最近有研究稱環形多極矩可能不是一個單獨的多極子族,而是電多極矩的高階項。靜態環形偶極子 static toroidal dipole動態環形偶極子 Dynamic toroidal dipole經典環形偶極子 Classical toroidal dipole量子環形偶極子 Quantum toroidal dipole
      • 電環形偶極子 electric toroidal dipole軸向環形偶極子 axial toroidal dipole,描述環形(圓環形)電荷排列,
      • 磁環形偶極子 magnetic toroidal dipole極性環形偶極子 polar toroidal dipole,也稱為上極子 anapole,對應於彎曲成圓環的螺線管的磁場。
  • 電多極子 Electric Multipoles電四極子 electric quadrupole (EQ)電六極子 electric hexapole (EH)電八極子 electric octupole (EO)
  • 環多極子 Toroidal Multipoles環四極子 Toroidal quadrupole (TD)環六極子 Toroidal hexapole (TH)環八極子 Toroidal octupole (TO)
  • 磁多極子 Magnetic Multipoles磁四極子 Magnetic quadrupole (MQ)磁六極子 Magnetic hexapole (MH)磁八極子 Magnetic octupole (MO)
  • 引力多極子 Gravitational Multipoles:引力四極矩在廣義相對論中也十分重要。如果它隨時間變化,就能產生引力波。只有引力四極矩或更高階的矩能向外輻射出引力波。而四極矩可隨時間變化,因此它是能產生重力波輻射的最低階多極矩。引力四極子 Gravitational quadrupole (GD)引力六極子 Gravitational hexapole (GH)引力八極子 Gravitational octupole (GO)
  • 自旋多極子 spin multipoles自旋偶極子 spin dipole自旋四極子 spin quadrupole純自旋四極子 pure spin-quadrupole(混合磁偶極子和電偶極子)
  • 聲學多極子 acoustic multipoles聲學偶極子 acoustic dipole聲學四極子 acoustic quadrupole三組分聲偶極子 triple-component acoustic dipoles
  • 聲學贗自旋多極子 acoustic pseudospin multipoles聲學贗自旋偶極子 acoustic pseudospin dipole聲學贗自旋四極子 acoustic pseudospin quadrupole
  • 光學多極子 optical multipoles光學偶極子 optical dipole光學四極子 optical quadrupole
  • 光學贗自旋多極子 optical pseudospin multipoles光學贗自旋偶極子 optical pseudospin dipole光學贗自旋四極子 optical pseudospin quadrupole
  • 聲子多極子 Phononic multipoles聲子偶極子 Phononic dipole聲子四極子 Phononic quadrupole
  • 光子多極子 Photonic multipoles光子偶極子 Photonic dipole光子四極子 Photonic quadrupole
  • 馬約拉納多極子 Majorana multipoles
  • 點四極子 point quadrupole,在平行四邊形的4個角上有4個交替的點電荷,例如邊長為「a」的正方形,「四極矩」對應於一個二階張量,點八極子 point octopole,在平行六面體的八個角上有八個交替的點電荷,例如邊長為「a」的立方體。這種排列的「八極矩」對應於三階非零對角張量。更高的多極,例如階,將通過點偶極子(point dipoles)(四極、八極等)的偶極(四極、八極等)排列獲得,而不是通過低階點單極子(point monopoles)獲得,例如。(單個極點由兩個具有相反符號的移位極點的疊加來近似)。
  • 磁布洛赫點 Magnetic Bloch points磁布洛赫點偶極子 Magnetic Bloch points dipole磁布洛赫點四極子 Magnetic Bloch points quadrupole
  • 貝里曲率單極子 Berry curvature monopole:由貝里相位(Berry phase)連接定義的貝里曲率的源或匯則對應於單極子。具有破缺反演對稱性的WSMs,導致移位電流響應中的大峰值或發散的體光伏效應。貝里曲率偶極子 Berry curvature dipole貝里曲率四極子 Berry curvature quadrupole貝里曲率八極子 Berry curvature octupole
  • 分數階多極子:標準多極展開中,奇數階多極子(如 )或非 命名的極子(如三極、五極)不存在,其無法與球諧函數的整數階數匹配。但是可以利用亞波長共振結構模擬等效 階的輻射模式,這類設計僅是對標準多極展開的工程近似,非嚴格數學定義。
  • 十六極子 hexadecapole32極子 32-pole64極子 64-pole
  • 三極子 tripole五極子 pentapole:1、呈現三極或五極對稱性,本質上是高階四極子()或八極子()的微觀疊加效應。2、等效「三極矩」的瞬態行為,實為磁偶極子與四極子的動態耦合。3、在動量空間中,外爾點攜帶拓撲荷 ,類似於磁單極子,若存在三個外爾點,其集體行為可能等效為「三極子」,實際是單極子對的組合。4、在Kitaev自旋液體模型中,分數化的馬約拉納費米子與通量相互作用,可能形成等效三極或五極激發,但其拓撲荷為分數(如 ),需通過非阿貝爾統計描述。

孤子

[編輯]

孤立子 Soliton反孤子 Anti-Soliton:又稱孤子、孤子波、孤立波、孤波,是一種自我增強的孤立波包,它在以恆定速度傳播時保持其形狀。是由介質中非線性和色散效應的抵消引起的。孤立波和孤立子兩者含意的區別,並不完全一致。多數作者稱波形分布在有限的空間範圍內,且具有彈性碰撞性質,即碰撞後保持原有的速度和波形的孤立波為孤立子。而對呈非彈性碰撞的一類,仍稱為孤立波。還有的稱KdV方程和其他類似的方程的單孤立波解為孤立波,多孤立波解為孤立子。也有人認為,孤立波與孤立子兩詞沿用至今已無嚴格的區別。反孤子與孤子具有相反拓撲電荷的波動結構。雙孤子 double-soliton三孤子 Three-Soliton四孤子 Four-Soliton斯托克斯孤子 Stokes Soliton泡克爾斯孤子 Pockels Soliton湯斯孤子 Townes solitons代數孤子 algebraic solitons破裂孤子 breaking soliton曲線孤子 curve Soliton液滴孤子 Droplet-Soliton跳動孤子 Beating solitons跳躍孤子 Dromion Soliton嵌入孤子 embedded solitons傾斜孤子 tilted soliton運動孤子 moving soliton靜態孤子 Static solitons尖峰孤子 peakon soliton有理孤子 rational soliton半有理孤子 semi-rational soliton共振孤子 resonant soliton燕尾孤子 Swallow-tail Soliton(色散關係燕尾形狀具有尖端和多個分支)、三波孤子 Three-wave solitons非簡併孤子 nondegenerate solitons簡併孤子 degenerate solitons包絡孤子 envelope solitons

  • 呼吸子 Breatheron:呼吸式孤子 Breather soliton,在非線性系統中表現出周期性振盪的局域化解。呼吸子是兩種類型的周期解:靜止解和移動解。零背景呼吸子是由多個速度和振幅相同的標準亮孤子非線性疊加而形成,也稱此類呼吸子為「多孤子束縛態」。非零背景呼吸子一般是指局域在平面波背景上的局域呼吸波結構,其產生機制為主要基於非線性系統調製不穩定性。靜態呼吸子 Static breathing solitons移動呼吸孤子 moving breathing solitons准呼吸孤子 quasibreathing solitons雙色呼吸子 Two-colour breathers
    • 庫茲涅佐夫-馬呼吸子 Kuznetsov-Ma breather,KMB:20世紀70年代 Kuznetsov 和 Ma 對 NLS 方程進行求解時發現了一種特殊的非線性波,該波表現出在空間方向上局域,時間方向上周期呼吸的特徵。庫茲涅佐夫-馬孤子 Kuznetsov-Ma soliton超慢庫茲涅佐夫-馬孤子 Ultraslow Kuznetsov-Ma solitons雙庫茲涅佐夫-馬孤子 Two-Kuznetsov-Ma Soliton(具有對稱性和反對稱性)
    • 阿赫邁季耶夫呼吸子 Akhmediev breather, AB:1986年 Akhmediev 等在構造 NLS 方程的呼吸子時,發現一類與 KMB 的結構完全不同的非線性波,該非線性波具有在時間方向上局域、空間方向上周期的特點。超慢阿赫邁季耶夫呼吸子 Ultraslow Ahkmediev breathers
    • 一般呼吸子 general breather, GB:1988年 Akhmediev 等以 NLS 方程為研究對象, 得到了一類不拘泥於時間或空間方向周期震盪的呼吸子。
    • 田尻-渡邊呼吸子 Tajiri-Watanabe breather breather, TWB:1998年 Tajiri, M 和 Watanabe, Y 提出的一種呼吸子解,它是非線性薛定諤方程的一個精確解,在時間和空間上都具有周期性的振盪特性。
    • 超正則呼吸子 super-regular breathers,SRB:由一對准阿赫邁季耶夫呼吸子(quasi-Akhmediev breathers)組成,2013年 Zakharov VE 和 Gelash AA 提出了規則呼吸子理論。描述了從局部弱擾動發展而來的MI場景,隨後表現出長期複雜的非線性演化(長期脈動行為),它提供了對局部小擾動MI發展的全局理解。
    • 組合式馬呼吸子 combined MA breathers:由二階佩雷格林孤子(Peregrine solution)結構和佩雷格林孤子三重結構構建。
  • 混沌子 Chaoticon:具有指數衰減響應函數的非局域非線性薛定諤方程的 Hermite-Gauss 型定常解的不穩定演化可以演化為混沌狀態。它們不僅表現出混沌特性(具有正李雅普諾夫指數 positive Lyapunov exponents 和空間退相干),還表現出類孤子特性(具有不變的統計寬度和准彈性碰撞的相互作用)。
  • 緊支子 Compacton:非線性色散產生具有緊支撐的孤子。
  • 會切子 Cuspon:Salerno Model方程的一種離散孤子,其中心具有較高的曲線。一維會切子 1D Cuspon二維會切子 2D Cuspon
  • 指向子 Directron:定向子,指向矢子彈 director bullet,當一個穩定均勻的物理系統在外界驅動作用下,局部產生的一個穩定的指向矢擾動。
  • 向列子 Nematicon:在向列相液晶中傳輸的自陷光束通過分子取向矢的非線性響應(光致再取向效應)形成。向列相液晶非線性光學中的孤子包括空間光孤子和空間光呼吸子。
  • 振盪子 Oscillon:振盪孤子 oscillating solitons,宇宙學中標量場理論的長壽命局域解,在振動介質中自發形成的局域化能量結構,表現為穩定且持久的振動波包。其特性介於孤子(完全穩定)與呼吸子(嚴格周期)之間。
  • 平頂子 Platicon:平頂耗散孤子 Flat-top dissipative soliton,在耗散系統(如微環諧振器、光子晶體)中形成的相干局域化結構,具有平坦頂部波形,依賴連續波泵浦維持能量平衡。
  • 分數孤子 fractional solitons:分數衍射非線性介質中孤子。一維分數孤子 1D fractional solitons
  • 怪波 Rogue Waves:隨機非線性系統中振幅遠超背景的極端事件,在超連續產生中出現的隨機孤子,可視為瞬態孤子。基本怪波的結構:眼狀怪波「一峰兩谷」,反眼狀怪波「一谷兩峰」,四花瓣怪波「兩峰兩谷」。暗-亮-流氓波 dark-bright-rogue waves混合型暗-亮-亮孤子 mixed type dark-bright-bright solitons混合型暗-暗-亮孤子 mixed type dark-dark-bright solitons單峰矢量流氓波 single-hump vector rogue waves雙峰矢量流氓波 double-hump vector rogue waves三峰矢量流氓波 triple-hump vector rogue waves、非退化怪波
    • 博雷克林怪波 Peregrine Rogue Waves:英國數學家 Howell Peregrine 在非線性波動力學中首次提出了該解析解,用於描述極端波浪的數學模型。博雷克林梳(Peregrine Comb,PC)的解,被視為BMBs的極限情況。若調製幅度滿足特定條件,將會得到博雷克林壁(Peregrine Wall,PW)超高振幅博雷克林孤子 Ultra-high-amplitude Peregrine solitons超短脈衝巨幅博雷克林孤子 Ultrashort pulse giant amplitude Peregrine solitons
    • 衝擊波孤子 Optical Shockwave Soliton:非線性介質中陡峭前沿的局域化衝擊。
  • 靜電孤立波 Electrostatic solitary wave:一種在等離子體中短時間尺度上發生的電磁孤子(與平均電場變化的一般時間尺度相比)。當電場在平行於磁場方向的方向上發生快速變化,並且這種擾動是由單極或偶極電勢引起的。
    • 離子聲孤立波 Ion-acoustic solitary waves:當引起靜電孤立波的電位產生離子聲波時發生的一種靜電孤立波。
    • 電子-聲學孤立波 Electron-acoustic solitary waves:一種產生與電子相關的聲波的靜電孤立波,這些往往比離子聲孤立波更快、頻率更高。
    • 超孤立波 Supersolitary waves:其電勢包括比靜電孤立波本身更小的時間尺度上的脈衝。
  • 流體力學孤子 hydrodynamics Soliton
    • 水波孤子 water wave soliton
    • 重力毛細管孤子 gravity-capillary solitons:屬於周期調製孤波(periodically modulated solitary waves)家族,在運動方向上具有孤波輪廓,在橫向方向上具有周期性。二維低壓重力毛細管孤子 2D depression gravity-capillary solitons二維高壓重力毛細管孤子 2D elevation gravity-capillary solitons三維有限振幅低壓重力毛細管孤子 3D finite-amplitude depression gravity-capillary solitons三維有限振幅高壓重力毛細管孤子 3D finite-amplitude elevation gravity-capillary solitons三維小振幅低壓重力毛細管孤子 3D small-amplitude depression gravity-capillary solitons三維小振幅高壓重力毛細管孤子 3D small-amplitude elevation gravity-capillary solitons
  • 聲孤子 Acoustic soliton:是聲波中的一種特殊波動形式,它能夠在介質中傳播而不發生顯著的能量耗散。聲孤子通常出現在非線性介質中,其存在依賴於介質的非線性特性和外部條件(如壓力或溫度的變化)。間隙聲孤子 Gap-Acoustic Solitons光-聲間隙孤子 Opto-acoustic Gap Solitons亞聲速孤子 Subsonic solitons超聲速孤子supersonic solitons
  • 等離子體孤子 plasma soliton流體動力學孤子 hydrodynamicsoliton一維等離子體波 one-dimensional plasma wave一維等離子體孤子 one-dimensional plasma solitons立方形離子體孤子 cubic plasma solitons(朗繆爾包絡孤子 Langmuir envelope solitons)朗繆爾波孤子 Langmuir wave solitons圓柱形離子體孤子 cylindrical plasma solitons球形等離子體孤子 spherical plasma solitons圓柱面愛因斯坦-麥克斯韋孤子 Cylindrical Einstein-Maxwell solitons球面愛因斯坦-麥克斯韋孤子 Spherical Einstein-Maxwell solitons(電引力波 electrogravitational waves)、圓柱形對稱引力孤子 cylindrical symmetric gravitational soliton(四維圓柱形時空 four dimensions cylindrical spacetime,五維靜止黑洞解five dimensions stationary black hole solutions)、離子聲圓柱形孤子 Ion-Acoustic Cylindrical Solitons離子聲阻尼圓柱形孤子 Ion-Acoustic Damped Cylindrical Solitons塵埃離子聲孤子 dust-ion acoustic solitons
  • 物質波孤子 matter waves soliton:BEC中衍射和非線性作用相互平衡的結果。二維矢量物質波孤子 two-dimensional vector matter waves soliton二維物質波激發態孤子 two-dimensional matter-wave Excited states solitons二維四極物質波孤子 two-dimensional Quadrupolar matter-wave soliton三維物質波孤子 Three-dimensional matter wave soliton三維物質波嵌入式孤子 Three-dimensional matter-wave embedded solitons自旋-軌道耦合物質波孤立子 spin-orbit coupled matter-wave solitons雙組分離散偶極物質波孤子 two-component discrete dipolar matter-wave solitons物質波亮孤子 Matter-wave bright solitons亮物質波束縛孤子分子 Bright matter-wave bound soliton molecules混合物質波微波孤子 Hybrid Matter-Wave-Microwave Solitons缺陷物質波間隙孤子 Defect matter-wave gap solitons多維孤子 multidimensional solitons
    • 離散孤子 discrete solitons半離散孤子 Semi-Discrete Solitons:離散態是晶格或波導陣列中的局域態,由離散NLSE描述。半離散狀態定義為在一個方向上離散而在垂直方向上連續的狀態。基模離散孤子 fundamental discrete solitons(零渦旋)、矢量離散孤子 vector discrete solitons類矢量離散孤子 vector-like discrete solitons離散偶極孤子 discrete dipole solitons離散渦旋孤子 discrete vortex solitons半離散渦旋孤子 Semi-Discrete vortex solitons准離散二維孤子 quasi-discrete 2D solitons離散孤子串 discrete soliton trains二維半離散孤子 Two-Dimensional Semi-Discrete Solitons二維半離散渦旋孤子 Two-Dimensional Semi-Discrete vortex Solitons二維 對稱離散孤子 Two-Dimensional -symmetric discrete solitons二維 對稱離散基波孤子 Two-Dimensional -symmetric discrete fundamental solitons二維 對稱離散渦旋孤子 Two-Dimensional -symmetric discrete vortex solitons一維非線性薛定諤離散基波孤子 One-Dimensional nonlinear Schrödinger discrete Fundamental Solitons二維非線性薛定諤離散基波孤子 Two-Dimensional Nonlinear Schrödinger discrete Fundamental Solitons二維非線性薛定諤離散渦旋孤子 Two-Dimensional Nonlinear Schrödinger discrete Vortex Solitons一維二階扭曲離散孤子 One-Dimensiona second-order l Twisted Discrete Solitons一維薩萊諾模型離散孤子 One-Dimensional Salerno Model Discrete Solitons二維薩萊諾模型離散孤子 two-Dimensional Salerno Model Discrete Solitons三維薩萊諾模型離散孤子 three-Dimensional Salerno Model Discrete Solitons三維離散基波孤子 three-dimensional discrete fundamental solitons三維離散直偶極孤子 three-dimensional discrete straight dipoles solitons三維離散二維對角線偶極孤子 three-dimensional discrete 2D-diagonal dipoles solitons三維離散三維對角線偶極孤子 three-dimensional discrete 3D-diagonal dipoles solitons三維離散四極孤子 three-dimensional discrete quadrupoles solitons三維離散八極孤子 three-dimensional discrete octupoles solitons
    • 間隙孤子 Gap Solitons一維間隙孤子 One-and two-dimensional gap solitons二維離散間隙孤子 Two-Dimensional Discrete gap Solitons基本間隙孤子 fundamental gap solitons缺陷基本間隙孤子 Defect fundamental gap solitons偶極間隙孤子 dipole gap solitons異相偶極間隙孤子 out-of-phase dipole gap solitons同相多峰間隙孤子 in-phase multipeak gap solitons一峰間隙孤子 one-peaked gap solitons三峰間隙孤子 three-peaked gap solitons五峰間隙孤子 five-peaked gap solitons多峰間隙孤子 multi-peak gap solitons單峰間隙孤子 single-peak gap solitons雙峰間隙孤子 double-peak gap solitons三峰間隙孤子 triple-peak gap solitons四峰間隙孤子 quadruple-peak gap solitons二維多峰間隙孤子 Two-dimensional multipeak gap solitons場外間隙孤子 off-site gap soliton(同相偶極間隙孤子 in-phase dipole gap solitons、異相偶極間隙孤子 out-of-phase dipole gap solitons)場內間隙孤子 on-site gap soliton亞基本間隙孤子 sub-fundamental gap soliton單峰間隙孤子 singl-hump gap solitons雙峰間隙孤子 double-hump gap solitons三峰間隙孤子 tri-hump gap solitons四峰間隙孤子 quadru-hump gap solitons亮間隙孤子 bright Gap soliton暗間隙孤子 dark Gap soliton弱光間隙孤子 Weak-light gap solitons
      • 表面間隙孤子 surface gap solitons:包括表面亮孤子 surface bright solitons表面暗孤子 surface dark solitons表面扭結孤子 surface kink solitons表面氣泡孤子 surface bubble solitons
    • 正質量孤子 positive mass bright and dark solitons負質量孤子 negative mass dark and bright solitons:在排斥和吸引相互作用下分別得到的暗孤子解和亮孤子解的振幅與寬度依賴於自旋軌道耦合強度。負質量孤子存在的參數區域,意味着動能項的符號發生轉變(非線性薛定諤方程的色散係數)。在負質量區域,孤子和亮孤子將會分別出現在吸引和排斥相互作用的BEC中。正質量暗孤子 positive mass dark solitons正質量亮孤子 positive mass bright solitons負質量暗孤子negative mass dark solitons負質量亮孤子negative mass bright solitons
    • 條紋孤子 stripe solitons條紋暗孤子 stripe Dark Soliton暗暗條紋孤子 dark-dark stripe solitons亮亮條紋孤子 bright-bright stripe solitons磁條紋孤子 magnetic stripe solitons (dark-bright)、局域條紋波 localized stripe waves(既不亮也不暗)、渦旋條紋孤子 Vortex-stripe soliton跳動條紋孤子 Beating stripe solitons近似亮條紋孤子 approximate bright stripe solitons近似暗條紋孤子 approximate dark stripe solitons精確非簡併亮條紋孤子 exact nondegenerate bright stripe solitons精確簡併亮條紋孤子 exact degenerate bright stripe solitons簡併暗條紋孤子 degenerate dark stripe solitons
    • 塊狀孤子 lump soliton暗塊狀孤子 Dark lump Soliton兩塊狀孤子 two lump solitons混合塊孤子 Mixedlump-solitons混合塊狀條紋孤子 mixed lump stripe soliton周期性塊狀孤子 periodic lump solitons二維暗塊孤子 two-dimensional dark lump solitons
    • 扭結孤子 Kink solitons反扭結子 Antikink:扭結孤波 kink solitary waves,在一維系統中,如聚合物或磁鏈,摺痕是拓撲缺陷,涉及序參數的突然變化,類似於位移子對位錯的拓撲約束。屬於Sine-Gordon孤子。雙扭結孤子 double-kink solitons塊扭結孤子 Lump Kink Solitons扭結亮孤子 kink-bright solitons扭結暗孤子 kink-dark solitons
    • 克拉尼孤子 Chladni solitons: 非線性振動系統(如彈性薄板、聲學介質)中,由非線性效應與色散平衡形成的局域化波結構,兼具克拉尼模式的駐波特性和孤子的傳播穩定性。波形表現為振動能量在特定區域的局域化聚集,類似經典克拉尼圖樣的節點線分布,但具有孤子的動力學穩定性。由相交渦線組成的複雜孤立波。十字架克拉尼孤子 cross Chladni solitons輻條輪克拉尼孤子 spoke wheels Chladni solitonsΦ形克拉尼孤子 Φ Chladni solitons
    • 惠特克孤子 Whittaker solitons二維惠特克孤子 Two-dimensional Whittaker solitons二維高斯惠特克孤子 two-dimensional Gaussian Whittaker solitons渦旋環惠特克孤子 vortex-ring Whittaker solitons半月形惠特克孤子 half-moon Whittaker solitons項鍊惠特克孤子 necklace Whittaker soliton對稱單層項鍊孤子 symmetric single-layer necklace solitons非對稱單層項鍊孤子 asymmetric single-layer necklace solitons對稱多層項鍊孤子 symmetric multilayer necklace solitons非對稱多層項鍊孤子 asymmetric multilayer necklace solitons旋轉惠特克函數型調製渦旋孤子 Rotating Whittaker function modulated vortex solitons
    • 高斯孤子 Gaussian soliton:可以以各種形式存在,如、渦旋孤子、多極孤子、項鍊孤子。類高斯孤子 Gaussian-like solitons厄米-拉蓋爾-高斯孤子 Hermite-Laguerre-Gaussian solitons厄米-高斯孤子 Hermite-Gaussian solitons拉蓋爾-高斯孤子 Laguerre-Gaussian solitons庫默-高斯孤子 Kummer-Gaussian soliton厄米-拉蓋爾-高斯呼吸子 Hermite-Laguerre-Gaussian Breather厄米-高斯呼吸子 Hermite-Gaussian Breather拉蓋爾-高斯呼吸子 Laguerre-Gaussian Breather自相似厄米-高斯空間孤子 Self-Similar Hermite-Gaussian Spatial Solitons高階庫默-高斯空間孤子 higher-order Kummer-Gaussian spatial solitons
    • 瓊斯-羅伯茨孤子 Jones-Roberts soliton:是二維和三維非線性薛定諤方程中唯一已知的一類穩定的暗孤子解。它們具有獨特的細長橢圓形狀,可以在不改變形狀的情況下移動。二維局部瓊斯-羅伯茨孤子 Two-Dimensional Localized Jones-Roberts Solitons平面瓊斯-羅伯茨孤子 Planar Jones-Roberts Solitons渦旋偶極子 vortex dipole渦旋反渦旋偶極子 vortex-antivortex dipole
    • 二維晶格孤子 Two-dimensional lattice solitons
    • 二維平帶孤子 Two-dimensional flat-band solitons垂直2-孤子 vertical 2-solitons同相7-孤子 in-phase 7-solitons異相7-孤子 outof-phase 7-solitons二維瓦尼爾孤子 Two-dimensional Wannier solitons平帶基本孤子 flat-band fundamental solitons平帶偶極孤子 flat-band dipole solitons平帶多峰孤子 flat-band multi-peak solitons平帶渦旋孤子 flat-band vortex solitons
    • 二維激發態孤子 two-dimensional Excited states solitons半渦旋激發態孤子 semi-vortex Excited states solitons混合模激發態孤子 mixed-mode Excited states solitons(雙組分 two-component solitons)、三葉草混合模孤子 trefoil mixed-mode solitons12瓣甘菊混合模孤子 12-petal camomile mixed-mode solitons6葉風車混合模孤子 6-vane windmill mixed-mode solitons項鍊圖案混合模孤子 necklace patterns mixed-mode solitons5瓣混合模孤子 5-petal mixed-mode solitons7瓣混合模孤子 7-petal mixed-mode solitons9瓣混合模孤子 9-petal mixed-mode solitons
    • 多模孤子 multi-mode soliton拉格朗日-厄密孤子 Laguerre-Hermite Soliton拉蓋爾非局域 LN 空間孤子 Laguerre-nonlocal LN spatial solitons(多環孤子項鍊(multiple-ring soliton necklaces)的特徵是徑向節點的數量n和拓撲指數m)、厄密非局域 HN 空間孤子 Hermite-nonlocal HN spatial solitons(孤子矩陣(soliton matrices)的指數決定了兩個正交方向上的節點數量。)
    • 多重孤子 Multiple soliton:(方程解:(1+1)-dimensional Sawada-Kotera equation、(2+1)-dimensional Sawada-Kotera equation),多重亮孤子 Multiple bright soliton多重暗孤子 multiple dark soliton
    • 多維光孤子 Multidimensional optical solitons(1+1)維光孤子 (1+1)-dimensional optical solitons(2+1)維光孤子 (2+1)-dimensional optical solitons(3+1)維光孤子 (3+1)-dimensional optical solitons(2++1)維光孤子 (2+1+1)-dimensional optical solitons高維空間光孤子 high dimensional space optical solitons空間光學(2+1)維標量孤子 Spatial optical (2+1)-dimensional scalar-solitons空間光學(2+1)維矢量孤子 Spatial optical (2+1)-dimensional vector-solitons
    • 多複數孤子 Multicomplex solitons:實非線性波動方程的可積擴展,包括其雙複數、四元數、共四元數和八元數解。複數孤子 complex solitons雙複數孤子 bicomplex solitons複數 對稱孤子 complex symmetric solution複數 對稱孤子 complex symmetric solution四元數孤子 Quaternionic solitons四元數 對稱孤子 Quaternionic -symmetric -soliton共四元數孤子 Coquaternionic solitons共四元數 對稱孤子 Coquaternionic -symmetric -soliton八元數孤子 Octonionic solitons八元數 對稱孤子 Octonionic -symmetric -soliton
    • 格子孤子 Lattice solitons:光晶格中亮物質波。單點孤子 Single-site solitons多點孤子 multi-site solitons同點孤子 on-site solitons非同點孤子 off-site solitons單通道反相多極格子孤子 Single-Channel out-of-phase Multi-Polar Lattice Solitons多通道同相多極格子孤子 Multi-Channel in-phase Multi-Polar Lattice Solitons多通道反相多極格子孤子 Multi-Channel out-of-phase Multi-Polar Lattice Solitons雙通道偶極格子孤子 two-channel dipole lattice solitons
    • 多谷孤子 multi-valley solitons多谷亮孤子 multi-valley bright solitons多谷暗孤子 multi-valley dark solitons(多分量馬納科夫模型 multi-component Manakov Model)、單谷暗孤子 single-valley dark soliton雙谷暗孤子 double valley dark soliton三谷暗孤子 triple-valley dark soliton非對稱亮孤子 asymmetric bright solitons
    • 單極孤子 monopole solitons多單極子孤子 multi-monopole solitons偶極孤子 Dipole solitons半偶極孤子 semi-dipole solitons渦旋偶極子 vortex dipoles渦旋-反渦旋偶極子 vortex–antivortex dipoles多極孤子 multipole solitons三極孤子 tripole solitons(類似厄米-高斯光束 Hermite-Gaussian optical beams)、四極孤子 quadrupole solitons五極孤子 pentapole solitons六極孤子 hexapole solitons八極孤子 octopole solitons十二極孤子 dodecagon solitons二維偶極孤子 two-dimensional Dipole solitons旋轉偶極孤子 rotating dipole solitons螺旋狀類偶極孤子 spiraling dipole-like soliton螺旋狀類三極孤子 spiraling tripole-like soliton橢圓項鍊振盪偶極孤子 Elliptical vortex necklaces oscillatory dipole soliton項鍊束孤子 necklace beams soliton二維空間多極孤子 2D spatial multipole solitons
    • 單峰孤子 single-hump solitons雙峰孤子 double-hump solitons多峰孤子 multihump solitons三峰孤子 trihump solitons四峰孤子 quadru-hump solitons兩峰孤子 two-hump soliton(W形孤子 W-shaped soliton M形孤子 M-shaped soliton)多峰亮孤子 Multi-hump bright solitons
    • 單峰孤子 single-peak solitons多峰孤子 multi-peak soliton雙峰孤子 double-peak solitons四峰孤子 four-peak solitons六峰孤子 six-peak solitons八峰孤子 eight-peak solitons
    • 振盪孤子 Oscillatory solitons:由自旋軌道耦合和拉曼共振失諧引起的孤子的空間和時間振盪周期。振盪多節點孤子 Oscillating multi-node solitons多節點靜止亮孤子 multi-node stationary bright solitons多節點運動亮孤子 multi-node moving bright solitons振盪暗孤子 Oscillating dark solitons振盪非簡併孤子 Oscillatory nondegenerate solitons非對稱雙峰孤子 asymmetric double-hump soliton對稱雙峰孤子 symmetric double-hump soliton雙峰單峰孤子 double-hump-single-hump soliton
    • 渦旋孤子 vortex solitons:渦旋中心是各類物理量的奇點,對於平面渦旋結構,渦旋中心是一個點,也可以稱之為一維奇點。當渦旋中心在三維空間中連接形成直線等空間軌跡,其對應二維奇點。當渦旋中心形成閉合圓形軌跡,該渦旋結構被稱為環形渦旋(toroidal vortices)或渦環(vortex rings)。半渦旋孤子 Semi-vortex solitons半渦旋孤子 half-vortex solitons各向異性半渦旋孤子 Anisotropic semi-vortex solitons半量子角動量渦旋孤子 half-quantum angular momentum vortex solitons半渦旋間隙孤子 half vortex gap solitons雙渦旋孤子 Twin-vortex solitons(雙電荷態 Double-charge states)、零渦旋孤子 Zero-vortex solitons暗渦旋孤子 dark vortex soliton亮渦旋孤子 bright vortex soliton二維渦旋孤子 two-dimensional vortex solitons三維渦旋孤子 three-dimensional vortex solitons二維離散渦旋孤子 two-dimensional discrete vortex solitons三維離散渦旋孤子 three-dimensional discrete vortex solitons三維離散渦旋立方體孤子 three-dimensional discrete vortex cubes solitons三維離散渦旋-反渦旋立方體孤子 three-dimensional discrete vortex-antivortex cube solitons三維離散嵌入氣泡渦旋孤子 three-dimensional discrete bubble embedded vortex solitons二維半離散渦旋孤子 Two-Dimensional Semi-Discrete vortex solitons三維半離散渦旋孤子 Three-Dimensional Semi-Discrete vortex solitons場中心半離散渦旋孤子 on-site-centered semi-discrete vortex solitons場間中心半離散渦孤子 intersite-centered semi-discrete vortex solitons三維混合渦旋孤子 Three-dimensional hybrid vortex solitons三維時空光渦旋 three-dimensional spatiotemporal optical vortex非近軸渦旋孤子 non-paraxial vortex solitons二維非近軸渦旋孤子 2D non-paraxial vortex solitons解析二維渦旋孤子 analytical two-dimensional vortex solitons解析三維渦旋孤子 analytical three-dimensional vortex solitons三維靜態渦旋孤子 Three-dimensional static vortex solitons二維基波半渦旋孤子 two-dimensional fundamental semi-vortex solitons三維基波半渦旋孤子 Three-dimensional fundamental semi-vortex solitons二維離散半渦旋孤子 two-dimensional Discrete semi-vortex solitons三維離散半渦旋孤子 three-dimensional Discrete semi-vortex solitons半渦旋間隙孤子 half-vortex gap solitons高拓撲電荷局域耗散渦旋孤子 high topological charges localized dissipative vortex solitons高電荷渦旋孤子 higher-charge vortex solitons貝塞爾渦旋孤子 Bessel vortex solitons光熱渦旋孤子 Optothermal vortex-solitons極化渦旋 polarization vortex逃逸渦旋 escaped vortex呼吸渦旋准孤子 breathing vortical quasi-soliton代數渦旋孤子 Algebraic vortex solitons
      • 方位角子 Azimuthon:方位角調製渦旋孤子,攜帶軌道角動量,可以在傳播過程中以穩定的角速度旋轉。調製渦旋方位角子 modulated vortices-azimuthons旋轉方位角子 rotating azimuthons高階方位角子 higher-order azimuthons偶極方位角子 dipole azimuthon三葉非旋轉方位角子 three-lobe non-rotating azimuthon四葉方位角子 four-lobe azimuthon五葉方位角子 five lobes azimuthon十葉方位角子 10 lobes azimuthon負角速度方位角子 negative angular Azimuthon正角速度方位角子 positive angular Azimuthon零角速度方位角子 zero angular Azimuthon
      • 橢圓子 ellipticon:非局域性的各向同性非線性介質中的橢圓調製渦旋。
      • 莫比烏斯子 möbiuson:孤子-渦旋集合體,扭曲疇壁與渦旋共同自組裝,形成具有自發摺疊的空間局域拓撲物體。呈現了類似於莫比烏斯帶的拓撲結構,並將局域場激發封裝到均勻遠場背景的受抑摺疊結構內。
      • 對稱渦旋孤子 symmetric vortex solitons對稱半渦旋孤子 symmetric Semi-Vortices solitons不對稱渦旋孤子 asymmetric vortex solitons受激對稱渦旋孤子 kicked symmetric vortex solitons受激不對稱渦旋孤子 kicked asymmetric vortex solitons 圓對稱渦旋孤子 circular-symmetric vortex solitons圓對稱單電荷渦旋孤子 circular-symmetric single charged vortex solitons圓對稱雙電荷渦旋孤子 circular-symmetric double charged vortex solitons橢圓渦旋孤子 elliptic vortex solitons單電荷橢圓渦旋孤子 single charges elliptic vortex solitons雙電荷橢圓渦旋孤子 double charges elliptic vortex solitons螺旋橢圓渦旋孤子 Spiralling elliptic vortex solitons橢圓渦旋項鍊孤子 Elliptical vortex necklaces soliton圓柱矢量渦旋孤子 cylindrical-vector vortex solitons(拓撲電荷徑向極化和角極化孤子 topological charge radially and angularly polarized solitons)、一維 對稱孤子 1D -symmetric solitons、二維 對稱基波孤子 2D -symmetric fundamental solitons
      • 環狀渦旋孤子 Ring vortex solitons渦環孤子 Vortex Ring solitons環形渦旋孤子 ring-shaped vortex solitons相干渦旋環孤子 coherent vortex-ring solitons離散環渦旋孤子 Discrete-ring vortex solitons渦旋孤子環面 vortex-soliton tori(孤子陀螺 Soliton Gyroscopes)、表面環渦旋孤子 surface ring vortex solitons環輪廓渦旋孤子 Ring-Profile Vortex Solitons多環嵌套渦旋孤子 Multiring nested vortex solitons二維嵌套渦旋孤子 two-dimensional nested vortex solitons軸對稱二維渦環孤子 axially symmetric two-dimensional vortex rings solitons軸對稱三維渦環面孤子 axially symmetric three-dimensional vortex tori solitons三維環面形渦旋孤子 three-dimensional toroidal vortex solitons三維棋盤狀渦旋孤子 three-dimensional chessboard-like vortex solitons扭曲環形渦旋孤子 Twisted Toroidal Vortex Solitons(霍普夫子 Hopfions)、霍普夫孤子 Hopf solitons橢圓渦環 Elliptic Vortex Ring橢圓薄渦環 Elliptic thin vortex rings橢圓厚渦環 Elliptic fat vortex rings手性渦旋環狀准粒子 chiral vortex loop-shaped quasiparticles
      • 對稱孤子 symmetric solitons非對稱孤子 non-symmetric solitons圓對稱孤子 circular-symmetric solitons圓形孤子 circularly solitons橢圓孤子 Elliptical solitons方形孤子 square solitons矩形孤子 rectangular solitons相干橢圓孤子 coherent elliptic solitons
      • 軸對稱孤子 Axisymmetric solitons軸對稱單孤子 axisymmetric one-soliton軸對稱二維孤子Axisymmetric Two-Dimensional Solitons軸對稱扭曲孤子 Axisymmetric twisted soliton軸對稱多孤子 axisymmetric multisolitons軸對稱渦環 axisymmetric vortex rings非軸對稱孤立渦旋 nonaxisymmetric solitonic vortices球形孤子 spherical solitons圓柱形孤子 cylindrical solitons橢圓圓柱面孤子 elliptic cylindrical solitons圓柱對稱孤子 cylindrically symmetric solitons(3+1)維鐘形孤子 (3+1)D bell-shaped solitons
      • 旋轉孤子 Rotating soliton旋轉多極渦旋孤子 Rotating multipole vortex solitons順時針旋轉孤子 clockwise Rotating soliton逆時針旋轉孤子 counterclockwise Rotating soliton馬賽克手性渦旋孤子 Mosaic chiral vortex solitons
      • 環形孤子 Ring Soliton:類似拉蓋爾-高斯型渦旋孤子 Laguerre-Gaussian (LG) vortex solitons兩環形孤子 two Ring soliton環形亮孤子 Ring bright Soliton環型多極亮孤子 Ring multi-pole bright solitons多環亮孤子 multi-ring bright solitons環形暗孤子 Ring Dark Soliton環型多極類暗孤子 Ring multi-pole dark-like solitons多環類暗孤子 multi-ring dark-like solitons(2+1)維空間環孤子 (2+1)-D spatial ring solitons環形狄拉克孤子 Ring Dirac solitons灰環孤子 gray ring solitons
      • 多階徑向極渦旋孤子 multi-order polar radial vortex solitons極一階徑向渦旋孤子 polar one-order radial vortex solitons極二階徑向渦旋孤子 polar two-order radial vortex solitons極三階徑向渦旋孤子 polar three-order radial vortex solitons
      • 多穩態孤子 Multi-stable solitons單穩態孤子 single soliton雙穩態孤子 bistable soliton雙穩渦旋孤子 Bi-stable vortex solitons多穩態渦旋孤子 multi-stable vortex solitons多穩態渦旋對 multistable vortex pairs
      • 多瓣孤子 multi-lobe solitons兩瓣離散表面渦旋孤子 two lobes discrete surface vortex solitons三瓣離散表面渦旋孤子 three lobes discrete surface vortex solitons六瓣離散表面渦旋孤子 Six-lobe discrete surface vortex solitons奇數花瓣渦旋孤子 odd-petal vortex solitons偶數花瓣渦旋孤子 even-petal vortex solitons
      • 多核孤子 multi-core solitons多核渦旋孤子 Multicore vortex solitons-對稱渦旋孤子 -symmetric vortex solitons三核渦旋孤子 three-core vortex solitons六核渦旋孤子 six-core vortex solitons
    • 奇異孤子 singular solitons:非線性自吸引和線性色散相互作用產生的奇異解孤子。
    • 亮孤子 Bright soliton反亮孤子 Anti-bright soliton暗孤子 Dark soliton反暗孤子 Anti-dark soliton,亮孤子是一種零背景強度上的能量突起。暗孤子是一定強度背景上的能量凹陷。對於Sasa-Satsuma方程,N=1時的亮孤子也是復mKdV方程的孤子,而N=1時的暗孤子的振幅和速度取決於背景平面波。當N=2時,明孤子可分為振盪型、單峰型和雙峰型三種類型,而暗孤子可分為暗(單孔)、反暗、墨西哥帽、反墨西哥帽和雙孔五種類型,由於碰撞亮孤子的類型可以改變。根據最小脈衝強度,可以分為黑孤子 Black soliton灰孤子 Gray soliton。當暗孤子兩側的相位差為π時, 暗孤子的深度為100% ,即孤子中心處沒有粒子, 稱之為全暗孤子或黑孤子。孤子中心密度不為0,稱為灰孤子。玻色-愛因斯坦凝聚體中的暗孤子和灰孤子在高維(d>1)的橫向擾動下是表現為蛇形不穩定性被稱為蛇形孤子(snaking soliton)亮單孤子 bright one-soliton暗單孤子 dark one-soliton標量亮孤子 scalar bright solitons標量暗孤子 scalar dark solitons矢量亮孤子 vector bright solitons矢量暗孤子 vector dark solitons空間亮孤子 spatial bright soliton空間暗孤子 spatial dark soliton空間黑孤子 spatial Black soliton空間灰孤子 spatial Gray soliton亮離散孤子 Bright discrete solitons暗離散孤子 dark discrete solitons類亮孤子 bright-like solitons類暗孤子 dark-like solitons類暗亮孤子 dark-like-bright solitons非對稱半暗孤子 asymmetric half-dark solitons環暗孤子 Ring dark solitons環反暗孤子 Ring antidark solitons平面暗孤子 planar dark solitons圓形暗孤子 circular dark solitons圓形亮孤子 circular bright solitons暗極化孤子 dark polariton solitons超慢亮孤子 Ultraslow bright solitons超慢暗孤子 Ultraslow dark solitons亮皮秒光孤子 bright picosecond optical solitons暗皮秒光孤子 dark picosecond optical solitons解析空間亮自相似孤子 analytical spatial bright self-similar solitons解析空間暗自相似孤子 analytical spatial dark self-similar solitons空間亮相似對 spatial bright similariton pairs空間暗相似對 spatial dark similariton pairs空間亮相似子 spatial bright similaritons啁啾亮孤子 chirp bright soliton啁啾暗孤子 chirp-free dark soliton啁啾灰孤子 Chirped Gray soliton啁啾奇異孤子 chirp singular soliton無啁啾亮孤子 chirp-free bright soliton無啁啾暗孤子 chirp-free dark soliton無啁啾灰孤子 chirp-free Gray soliton無啁啾奇異孤子 chirp-free singular soliton代數亮孤子 Algebraic bright solitons亮暗孤子 bright-dark solitons暗亮孤子 dark-bright solitons暗暗孤子 Dark-dark solitons暗暗孤子 -dark-dark soliton雙暗暗孤子 double-dark-dark soliton三暗暗孤子 triple-dark-dark soliton灰-灰孤子對 grey-grey soliton pairs多組分灰孤子 multi-component grey solitons平行暗孤子對 Parallel dark-soliton pair參數化光-暗時空孤子 Parametric Light-Dark Spatiotemporal Soliton亮奇異組合孤子 bright-singular combo solitons暗單峰孤子 dark single-hump solitons暗雙峰孤子 dark double-hump solitons亮尖峰孤子 bright peakon soliton多極亮孤子 multi-pole bright solitons多極暗孤子 multi-pole dark solitons兩極暗孤子 double-pole dark solitons三極暗孤子 tri-pole dark solitons四極暗孤子 quadru-pole dark solitons五極暗孤子 penta-pole dark solitons偶極亮亮孤子 double-pole bright-bright solitons偶極亮暗孤子 double-pole bright-dark solitons偶極暗暗孤子 double-pole dark-dark solitons暗亮混合孤子 dark-bright mixed solitons暗亮混合高階孤子 Dark-bright mixed high-order soliton暗亮混合階孤子 dark-bright mixed th-order soliton暗亮混合高階有理孤子 dark-bright mixed high-order rational solitons暗亮混合高階半有理孤子 dark-bright mixed high-order semi-rational solitons暗亮混合孤子 dark-bright mixed -soliton暗-亮混合多孤子 dark-bright mixed multi-soliton兩個暗-亮孤子 two dark-bright solitons三個暗-亮孤子 three dark-bright soliton雙組分空間光孤子 two-component spatial optical solitons(雙波長分量孤子 two-wavelength components soliton、雙頻空間孤子 dual-frequency spatial solitons 雙色孤子 Two-color solitons、)、空間型表面暗屏蔽孤子 spatial surface dark screening solitons空間型表面暗光伏孤子 spatial surface dark photovoltaic solitons雙組分暗亮孤子 Two-component dark-bright solitons雙色亮孤子 Two-color bright solitons雙色矢量暗孤子 two-color vector dark solitons雙色矢量灰孤子 two-color vector grey solitons耗散雙色亮亮孤子 dissipative two-colour bright-brightsolitons耗散雙色暗暗孤子 dissipative two-colour dark-dark solitons三組分空間光孤子 three-component spatial optical solitons兩亮一暗孤子 two-bright-one-dark soliton(dark-bright-bright)、一亮兩暗孤子 one-bright-two-dark soliton(dark-dark-bright)
  • 電磁孤子 electromagnetic solitons:是電磁場中的特殊波動形式,類似於光孤子,但存在於電磁波中。螺旋電磁孤子 Helical electromagnetic solitons極短電磁孤子 ultimately short electromagnetic solitons極短電磁呼吸子 ultimately short electromagnetic breathers極短電磁非共振包絡孤子 ultimately short electromagnetic nonresonant envelope solitons太赫茲孤子 Terahertz Solitons超短相對論電磁孤子 Ultrashort relativistic electromagnetic solitons非分裂相對論電磁孤子 Nondrifting relativistic electromagnetic solitons弱相對論電磁孤子 Weakly Relativistic Electromagnetic Solitons駐波電磁孤子 Standing electromagnetic solitons
  • 超慢光孤子 ultraslow optical solitons超光速光孤子 Superluminal optical soliton近零速度孤子 near-zero velocity solitons慢光孤子 slow-light soliton慢光空間孤子 Slow-Light Spatial Solitons離散超慢光孤子 Discrete ultra-slow optical solitons超慢時間孤子 ultraslow temporal solitons超慢三波矢量光孤子 ultraslow three-wave-vector optical solitons增益輔助超光速光孤子 Gain-assisted superluminal optical solitons超光速間隙孤子Superluminal -gap solitons三波超光速矢量光孤子 Three-wave superluminal vector optical solitons超慢弱光孤子 Ultraslow weak-light solitons弱光超慢矢量孤子 Weak-Light Ultraslow Vector Solitons弱光超光速矢量孤子 Weak-light superluminal vector solitons弱光超慢時空孤子 weak-light ultraslow spatiotemporal solitons(3+1) 維弱光超光速時空光孤子 (3+1)-dimensional weak light superluminal spatiotemporal optical solitons(3+1) 維弱光超光速時空光渦旋 (3+1)-dimensional weak light superluminal spatiotemporal optical vortices超慢雙穩態光孤子 Ultraslow bistable optical solitons高維超慢光孤子 High-Dimensional ultraslow optical solitons高維弱光孤子 High-Dimensional Weak-Light optical Soliton超光速電磁孤子 Superluminal electromagnetic solitons
  • 光孤子 Optical soliton:能在光纖中傳播的長時間保持形態、幅度和速度不變的光脈衝。最早由 Hasegawa 和 Tappert 於1973年提出,其數學基礎為非線性薛定諤方程(NLSE),通過色散效應與自相位調製(SPM)的平衡實現脈衝穩定傳輸。光學混沌孤子 optical chaotic soliton近無啁啾孤子 near-chirp-free soliton疇壁孤子 Domain wall solitons、、偏振疇壁孤子 polarization domain wall solitons彈跳光孤子 Bouncing optical soliton激光腔孤子 Laser Cavity Soliton皮秒孤子 picosecond solitons亞皮秒孤子 sub-picosecond solitons飛秒孤子 femtosecond solitons亞皮秒無啁啾光孤子 Sub pico-second chirp-free optical solitons反立方非線性共振1-孤子 anti-cubic nonlinear Resonant 1-soliton共振輻射孤子 resonantly radiating soliton空間周期孤子 space-periodic solitons光譜周期孤子 Spectrally pericodic solitons圓偏振少光周期孤子 circularly polarized few-optical-cycle solitons光三次-四次孤子 optical cubic-quartic solitons純三次光孤子 pure-cubic optical solitons光子拓撲絕緣體孤子 photonic topological insulator-solitons孤子片 Soliton sheets
    • 標量孤子 scalar solitons:由於類粒子特徵,它在相互通過後,僅通過形狀、振幅或速度不變的相位和位置偏移進行碰撞。標量多極孤子 Scalar multipole solitons標量渦旋孤子 Scalar vortex solitons
    • 矢量孤子 vector solitons:粒子之間的碰撞相互作用表現出更豐富的現象,如強度重新分布、能量交換相互作用和分形結構。馬納科夫矢量孤子 Manakov vector solitons(亮-亮矢量孤子 bright-bright vector solitons、暗-亮矢量孤子 dark-bright vector solitons、暗-暗矢量孤子 dark-dark vector solitons)單極矢量孤子 monopole vector solitons偶極矢量孤子 dipole vector solitons多級矢量孤子 multipole vector solitons偶極-偶極矢量孤子 dipole-dipole vector solitons三極-偶極矢量孤子 tripole-dipole vector solitons偶極-三極矢量孤子 dipole-tripole vector solitons偶極模矢量孤子 Dipole-Mode Vector Solitons多峰矢量光空間孤子 Multihump vector optical spatial solitons單峰矢量孤子 single-hump vector solitons雙峰矢量孤子 double-hump vector solitons穩態雙矢量孤子 Stable Dual Vector Soliton(正交偏振矢量孤子 orthogonally polarized vector solitons)矢量飛秒光孤子 vector femtosecond optical solitons項鍊矢量孤子 necklace vector solitons自陷項鍊環矢量孤子 self-trapped necklace-ring vector solitons貝塞爾型矢量孤子 Bessel-type vector solitons耗散三維拓撲光孤子Dissipative three-dimensiona topologica optical solitons高維矢量雙分量孤子 higher-dimensional vector two-component soliton亮-暗矢量雙分量單孤子 bright–dark vector two-component one-soliton亮-暗矢量雙分量雙孤子 bright–dark vector two-component two-soliton矢量雙分量一階局域孤子 vector two-component first-order localized soliton
    • 傳統孤子 Conservative Solitons:保守孤子,由非線性效應(如自相位調製)與反常色散平衡形成的穩態解,脈衝不與光纖進行能量交換。
    • 高階孤子 high-order solitons:如果脈衝能量是基階孤子能量的整數平方倍,脈衝則為所謂的高階孤子。
    • 一維孤子 One-dimensional solitons
    • 高維孤子 Higher-dimensional solitons:在高維空間系統中光孤子,穩定的高維孤子可以由以下物理系統產生: 具有可飽和和二次型的非線性介質,具有競爭或非局域非線性的材料, 失諧振兩能級系統,光晶格系統,非均勻光釺,以及里德伯電磁感應透明(Rydberg-EIT)原子系統等。
    • 表面孤子 Planar Solitons表面孤子 surface soliton界面孤子 Interfacial soliton
    • 時空孤子 spatiotemporal solitons:又稱為光彈 light bullets,是空間和時間兩個維度同時達到平衡的結果。時空耗散光子彈 spatiotemporal dissipative optical bullets(包括自陷孤子 self-trapped solitons、項鍊環孤子 necklace-ring solitons、環渦旋孤子 ring-vortex solitons、均勻環孤子 uniform-ring solitons、球形光子彈 spherical light bullets、菱形光子彈 rhombic light bullets、基本孤子 fundamental solitons、簇孤子cluster solitons)。三維時空光脈衝序列孤子 Three-Dimensional Spatiotemporal optical Pulse-Train Solitons時空多模孤子 spatiotemporal Multimode solitons時空單模孤子 spatiotemporal single-mode solitons超短時空光孤子 ultrashort spatiotemporal optical solitons時空孤子鏈 spatiotemporal soliton chains時空光學暗X孤波 Spatiotemporal optical dark X solitary waves
    • 時間孤子 temporal solitons:時域孤子,被視為在非線性介質中無限傳播的光脈衝,並通過平衡非線性自相位調製和線性色散來維持,分為基階孤子(波形穩定)和高階孤子(周期性壓縮與分裂)。
    • 空間孤子 spatial solitons:在空間域中保持其形狀的自導光束,並得到非線性自聚焦和線性衍射擴展之間平衡的支持。相干孤子 Coherent soliton非相干孤子 incoherent soliton隨機相位孤子 random phase soliton(非相干孤子)、非退化孤子 Nondegenerate Solitons離散空間光孤子 discrete spatial Optical soliton非局域空間光孤子 non-local spatial Optical soliton里德堡修飾孤子 Rydberg-dressed solitons馬納科夫空間孤子 Manakov Spatial Solitons循環空間孤子 Circulating spatial solitons(二維平面閉環軌道 two-dimensional plane closed-loop orbit)、空間弱光孤子 Spatial Weak-Light Solitons多元空間孤子 multicomponent spatial solitons同相束縛態孤子 in-phase bound-state solitons異相束縛態孤子 out-of-phase bound-state solitons
      • 光折變空間孤子 Photorefractive Spatial soliton:是指光束在光折變材料中由於光折變效應與光束的衍射發散作用相互平衡而形成一種無衍射的向前傳播的光束。暗光折變空間孤子 Dark Photorefractive Spatial Solitons灰光折變空間孤子 gray Photorefractive Spatial Solitons亮光折變空間孤子 Bright Photorefractive Spatial Solitons(1+1)維光折變克爾條紋孤子 (1+1)D photorefractive Kerr stripe solitons(1+1)維光折變克爾孤立牆孤子 (1+1)D photorefractive Kerr solitary walls solitons二維光折變渦旋孤子 two-dimensional Photorefractive Vortex Solitons非相干多分量空間雙穩態孤子 Incoherent multimode spatially bistable soliton中心反演對稱性光折變空間孤子 centrosymmetric photorefractive spatial soliton光折變聚合物光空間孤子 Photorefractive polymeric optical spatial solitons雙光子光折變空間光孤子 two-photon photorefractive spatial optical solitons光致異構聚合物空間孤子 photoisomerization polymer spatial solitons(1+1)維光致異構圓偏振光學空間孤子 (1+1)D photoisomerization Circularly polarized optical spatial solitons
        • 光伏空間孤子 photovoltaic spatial solitons:是一種穩態孤子,由光伏效應引起的光伏電流形成光伏場,進而誘導晶體發生折射率改變而形成的。(1+1)維暗光伏孤子 (1+1)-dimensional dark photovoltaic spatial solitons(1+1)維亮光伏孤子 (1+1)-dimensional Bright photovoltaic spatial solitons(2+1)維暗光伏孤子 (2+1)-dimensional dark photovoltaic spatial solitons(2+1)維亮光伏孤子 (2+1)-dimensional Bright photovoltaic spatial solitons暗亮複色光光伏空間孤子 dark-bright photovoltaic spatial soliton異色光伏空間孤子 Interaction between photovotaic spatial solitons雙波長分量光伏空間孤子 two-wavelength components photovotaic spatial soliton多色光光伏空間孤子 polychromatic light photovoltaic spatial soliton亮-亮多色光光伏空間孤子 bright-bright polychromatic light photovoltaic spatial solitons暗-暗多色光光伏空間孤子 dark-darl polychromatic light photovoltaic spatial solitons亮-暗多色光光伏空間孤子 brght-dark polychromatic light photovoltaic spatial solitons高階耦合光伏空間孤子 high-order coupled photovoltaic spatial solitons空間非相干光伏空間孤子 spatially incoherent photovoltaic spatial soliton亮光伏離散孤子 bright photovoltaic discrete soliton暗光伏離散孤子 dark photovoltaic discrete soliton一維暗光折變光伏空間孤子 one-dimensional dark photorefractive photovoltaic spatial solitons一維灰光折變光伏空間孤子 one-dimensional gray photorefractive photovoltaic spatial solitons一維亮光折變光伏空間孤子 one-dimensional Bright photorefractive photovoltaic spatial solitons(2+1)維光折變光伏空間渦旋孤子 (2+1)-dimensional photorefractive photovoltaic spatial vortex solitons
        • 屏蔽孤子 screening solitons:是一種穩態孤子,起源於光激發載流子(電子或空穴)對外加電場的非均勻屏蔽。一維亮穩態光折變屏蔽孤子 one-dimensional bright Steady-State photorefractive screening solitons一維暗穩態光折變屏蔽孤子 one-dimensional dark Steady-State photorefractive screening solitons二維穩態光折變屏蔽孤子 Two-dimensional steady-state photorefractive screening solitons暗非相干屏蔽孤子 dark incoherent screening solitons亮非相干屏蔽孤子 bright incoherent screening solitons三維屏蔽孤子 Three-dimensional screening solitons
        • 屏蔽光伏空間孤子 screening-photovoltaic spatial solitons:在光伏場和外電場共同作用下而形成的光折變空間孤子。暗屏蔽光伏空間孤子 dark screening-photovoltaic spatial solitons灰屏蔽光伏空間孤子 gray screening-photovoltaic spatial solitons亮屏蔽光伏空間孤子 Bright screening-photovoltaic spatial solitons
        • 准穩態孤子 quasi-steady-state soliton:是一種時變孤子,它只存在於光折變光柵形成之後和外加電場被顯著屏蔽之前的時間窗口裡,等效於一個電阻和一個電容的串聯。全光雙准穩態光折變空間孤子 all optical double-quasi-steady-state photorefractive spatial soliton一維全光准穩態光折變空間孤子 one-dimensional All Optical Quasi-Steady-State Photorefractive Spatial Solitons一維亮准穩態光折變空間孤子 one-dimensional bright quasi-steady-state photorefractive spatial solitons一維暗准穩態光折變空間孤子 one-dimensional Dark quasi-steady-state photorefractive spatial solitons(1+1)維亮光折變空間准穩態孤子 (1+1)-dimensional bright photorefractive spatial quasi-steady-state solitons(1+1)維暗光折變空間准穩態孤子 (1+1)-dimensional dark photorefractive spatial quasi-steady-state solitons
        • 非近軸孤子 non-paraxial solitons非近軸空間孤子 non-paraxial spatial soliton(1+1)維非近軸孤子 (1+1)-D non-paraxial solitons非近軸(1+1)維亮孤子 Non-paraxial (1+1)-D bright solitons非近軸(1+1)維暗孤子 Non-paraxial (1+1)-D dark solitons非近軸(1+1)維橢圓偏振孤子 non-paraxial (1+1)-D elliptically polarized solitons非近軸(1+1)維混合偏振孤子 non-paraxial (1+1)-D mixed polarized solitons(2+1)維非近軸孤子 (2+1)-D non-paraxial solitons非近軸(2+1)維圓偏振孤子 non-paraxial (2+1)-D circularly polarized solitons非近軸(2+1)維圓柱對稱性亮圓偏振孤子 Non-paraxial (2+1)-D cylindrical symmetry bright circularly polarized solitons非近軸(2+1)維圓柱對稱性暗圓偏振孤子 Non-paraxial (2+1)-D cylindrical symmetry dark circularly polarized solitons圓偏振空間孤子 Circularly polarized spatial solitons橢圓偏振空間孤子 elliptically polarized spatial solitons混合偏振空間孤子 mixed polarized spatial solitons
        • 全息孤子 Holographic solitons:形成全息孤子的物理機理是全息聚焦,兩束光波在非線性介質中通過干涉而產生折射率光柵,並通過布拉格反射而相互耦合,導致每一束光波能夠相干地進入另一光束之中,當被反射的光束相對於原光束來說存在π/2相位延遲時,就會產生聚焦效應而導致兩束光波同時變窄,當兩束光之間的能量耦合是對稱的即沒有單向的能量傳遞,這兩束光能同時演化成空間孤子,這時的全息孤子實際上是以孤子對形式存在的。光折變耗散全息孤子 photorefractive dissipative Holographic solitons非對稱光折變全息空間光孤子 asymmetric photorefractive holographic spatial optical solitons二維全息孤子 two-dimensional Holographic solitons
      • 暗空間光孤子 Dark spatial Optical soliton:1987年 Pierre-Andre Belanger 等人第一次從自散焦的Kerr型非線性介質中光場的非線性薛定諤方程(NLS)出發,證明了在自散焦的Kerr 型非線性介質中可能存在TE模線偏振的(1+1)維暗空間光孤子,1991年G.A.Swartzlander等人在Na蒸汽中用連續激光第一次觀察到以暗帶和暗網格形式存在的(1十1)維暗空間光孤子,1992年H.T.Tran 採用線性分析的方法分析了(1+1)維暗空間光孤子的穩定性,1993年G.S.McDonald 等人用數值計算方法分析了准(1+1)維暗空間光孤子的三維不穩定性。
    • 自相似孤子 self-similar solitons:正色散區中通過增益-色散平衡維持的拋物線形孤子,脈寬/脈高按比例縮放。
    • 可訪問孤子 accessible solitons:在三維高度非局域非線性介質中引入的一類自相似光束。三維時空拋物線可訪問孤子 three-dimensional spatiotemporal parabolic accessible solitons三維時空高斯可訪問孤子 three-dimensional spatiotemporal Gaussian accessible solitons三維時空環項鍊可訪問孤子 three-dimensional spatiotemporal ring necklace accessible solitons
    • 展寬孤子 Broadening Solitons:在反常色散區中,傳統孤子受增益、損耗或高階色散擾動導致的脈寬動態展寬現象。
    • 色散管理孤子 dispersion-managed solitons:通過交替色散段實現脈衝整形,能量提升但依賴周期性調控,非孤子的全局平衡解。
    • 衍射管理孤子 diffraction-managed solitons:調控光束的寬度和離散空間孤子的振幅。
    • 雙折射管理孤子 birefringence-managed soliton:雙折射效應在脈衝形成過程中起主導作用的鎖模脈衝。
    • 啁啾孤子 Chirped soliton:是指其頻率隨時間變化的孤子,頻率隨時間增加,激光輸出先是低頻再是高頻,反之亦然。可以分為正啁啾和負啁啾,正啁啾是頻率隨時間增加,而負啁啾則是頻率隨時間減少。非線性啁啾包絡孤子 nonlinearly chirped envelope solitons
    • 耗散孤子 dissipative solitons:存在於非線性增益-損耗動態平衡的系統中,具有高能量和矩形光譜特性。動態孤子 dynamic solitons瞬態孤子 transient solitons准靜態耗散孤子 quasi-static dissipative solitons耗散奇異孤子 dissipative singular solitons啁啾耗散孤子 Chirped dissipative soliton高啁啾耗散孤子 high Chirped dissipative soliton呼吸耗散孤子 Breathing dissipative solitons雙色耗散孤子 Two-colour disipative solitons雙波長耗散孤子 Dual-wavelength dissipative solitons多波長耗散孤子 multi-wavelength dissipative solitons光機械耗散孤子 Optomechanical dissipative solitons一維時域耗散孤子 one-dimensional temporal dissipative solitons三維時空耗散孤子 three-dimensional spatiotemporal dissipative solitons
      • 耗散塔爾博特孤子 dissipative Talbot soliton:由塔爾博特效應產生,塔爾博特效應指周期性光場或脈衝在特定位置上的一類自成像現象,它在空間域和時間域分別由衍射和色散效應主導。穩態塔爾博特孤子 steady state Talbot soliton呼吸態塔爾博特孤子 breathing state Talbot soliton
      • 拉曼耗散孤子 Raman dissipative soliton:簡稱「拉曼孤子 Kerr soliton」,由受激拉曼散射產生的。
      • 耗散克爾孤子 Dissipative Kerr Soliton (DKS):簡稱「克爾孤子 Kerr soliton」,是典型的時域腔孤子,它的形成依賴於微腔內損耗和參量增益、色散和非線性的雙重平衡。耗散克爾單孤子 Dissipative Kerr single soliton雙克爾孤子 dual Kerr soliton類克爾孤子 Kerr-like Soliton
        • 無色散克爾孤子 Dispersion-less Kerr solitons:本質上不依賴於色散的新型孤子態,無色散孤子在理論上完全不存在色散的情況下也能夠穩定存在。奈奎斯特孤子 Nyquist soliton,脈衝形狀非常接近於理論上帶寬受限的奈奎斯特脈衝。
        • 奇數階色散孤子 odd-order-dispersion solitons三階色散孤子 third-order dispersion solitons純奇數階色散孤子 pure-odd-order-dispersion solitons
        • 二階色散孤子 second-order dispersion solitons耗散二次孤子 dissipative quadratic solitons純二次色散孤子pure quadratic dispersion solitons暗純二次孤子 dark pure-quadratic soliton
        • 高階色散孤子 higher-order dispersion soliton六次色散孤子 sextic dispersion solitons八次色散孤子 octic dispersion solitons十次色散孤子 decic dispersion solitons
          • 四階色散孤子 quartic dispersion solitons:在具有Kerr非線性和四階色散的介質中存在或不存在二階色散(通常也稱為群速度色散)的情況下產生的保持形狀的脈衝。耗散四次孤子 dissipative Quartic solitons保守四次孤子 conservative Quartic solitons (存在於負四階色散)。
        • 廣義色散克爾孤子 generalized-dispersion Kerr solitons:由克爾非線性和負純高、偶數階色散相互作用產生的無限孤子脈衝。廣義四階色散克爾孤子 Generalized quartic dispersion Kerr soliton(四階色散占主導地位)、廣義六階色散克爾孤子 Generalized sextic dispersion Kerr soliton (六階色散占主導地位)。純高階色散孤子 pure high-order dispersion solitons純高偶階色散孤子 pure-high-even-order-dispersion solitons純六次孤子 Pure-sextic solitons純八次孤子 Pure-octic solitons純十次孤子 Pure-decic solitons
          • 純四次孤子 Pure-quartic solitons (PQSs):具有近零二階色散和負四階色散,由負四階色散和Kerr非線性的相互作用產生。純一詞用於將這類孤立波與先前研究的四次孤子區分開來,出現在反常二階色散和四階色散的情況下。矢量純四次孤子 vector pure-quartic soliton耗散純四次孤子 dissipative pure-quartic soliton暗純四次孤子 dark pure-quartic soliton(正四階色散)、 腔純四次孤子 cavity pure-quartic soliton純四次孤子分子pure-quartic soliton molecules雙折射管理純四次孤子 birefringence-managed pure-quartic soliton
    • 孤子分子 Soliton molecules (SMs):是孤子之間的穩定束縛態。三維孤子分子 three-dimensional soliton molecules
      • 束縛孤子對 Bound soliton pairs:根據兩個孤子之間的相位差,束縛孤子對可以分為四種類型:0(同相)、π(反相)和±π/2。束縛三孤子 bound tri-soliton光學暗束縛孤子 optical dark bound solitons
      • 耦合圓偏振電磁孤子 Coupled circularly polarized electromagnetic soliton:磁化等離子體中兩個共傳播電磁脈衝之間的相互作用,具有相同群速度的兩個圓偏振波包,其特徵是相反的圓偏振,分別為左手圓偏振或右手圓偏振(LCP或RCP),在某些頻帶中存在三種不同類型的矢量孤子模式:LCP亮/RCP亮耦合孤子對狀態、LCP亮/RPC暗孤子對和LCP暗/RCP亮孤子對。
      • 多色孤子分子 multi-colour soliton molecules雙色孤子分子 Dichromatic Soliton-Molecule雙色呼吸分子 Dichromatic Breather Molecules (DBMs)
      • 單穩態單孤子 Monostable Single Soliton:通過孤子與背景光的強相互作用打破多孤子簡併性,實現僅存在單一孤子狀態。
      • 光孤子分子 optical soliton molecules:光孤子具有粒子特性,通過光孤子間的吸引和排斥等相互作用,多個孤子通過相互作用可以形成各種各樣的束縛態。亮孤子形成孤子對(soliton-pair)、孤子三重態(soliton-triplet)、孤子四重態分子(soliton-quartet molecules)、暗孤子對。
      • 多原子孤子分子 Polyatomic soliton molecule(PSM):由不同基本類型(亮孤子、暗孤子)的孤子間的相互作用形成。在具有近零群速度色散(ZGVD)的單模光纖(SMF)激光器中形成的各種形式新孤子分子,包括由一個標量暗孤子和一個標量亮孤子,或兩個標量暗孤子和一個標量亮孤子,或者一個矢量暗孤子和矢量亮孤子(稱為普通暗-亮孤子,ODBS)組成的新型孤子分子。基於三階色散,在實驗中實現了暗-反暗孤子分子的觀測。暗-反暗孤子 dark-anti-dark solitons暗-反暗旋量孤子 dark-antidark spinor solitons矢量反暗孤子 vector anti-dark solitons矢量反暗孤子分子 vector anti-dark soliton molecules
      • 三維時空孤子分子 Three-dimensions spatiotemporal soliton molecules三維雙孤子分子 3D dual-soliton molecules三維三孤子分子 3D three-soliton molecules
  • 拓撲孤子 topological solitons:攜帶有拓撲荷(topological charge)的孤子。可以在拓撲保護的情況下快速移動,像未固定的斯格明子。非互易拓撲孤子 Non-reciprocal topological solitons拓撲保護孤子 topologically protected solitons拓撲角孤子 topological corner solitons二次拓撲角孤子 quadratic topological corner solitons(二次諧波 second-harmonic)、拓撲邊孤子 topological edge Solitons單向二次邊孤子 unidirectional quadratic edge solitons(二次諧波 second-harmonic)、谷霍爾邊緣孤子Valley Hall edge solitons暗拓撲谷霍爾邊緣孤子 Dark topological valley Hall edge solitons拓撲亮谷霍爾邊緣孤子 topological bright valley Hall edge solitons拓撲表面孤子 topological surface solitons反傳播表面孤子 counterpropagating surface solitons拓撲體孤子 topological bulk solitons拓撲間隙孤子 topological Gap Solitons狄拉克拓撲孤子 Dirac topological solitons布拉格拓撲孤子 Bragg topological solitons拓撲弗洛凱孤子 topological Floquet Solitons拓撲π孤子 topological π solitons移動拓撲孤子 mobile topological solitons(一維拓撲絕緣體的局域拓撲模(localized topological modes)、移動整數拓撲孤子 mobile integer topological solitons移動分數拓撲孤子 mobile fractional topological solitons分數電荷為±2e/3相位缺陷2π/3拓撲孤子 fractional charges ±2e/3 phase defects 2π/3 topological soliton分數電荷為±4e/3相位缺陷4π/3拓撲孤子 fractional charges ±4e/3 phase defects 2π/3 topological soliton
    • 比昂子 BIon:玻恩-因費爾德粒子 Born-Infeld particles,在場論(如玻恩-因費爾德 Born-Infeld 模型)中,Bion 特指該模型的解,強調其攜帶狄拉克δ函數源的特性,與常規孤子(光滑無源解)區分。當Born-Infeld模型與廣義相對論耦合時,解稱為 「愛因斯坦-玻恩-因費爾德孤子」(EBIon),用於研究引力與非線性電動力學的相互作用。兩個孤子通過相互作用形成的穩定複合結構,它的形成依賴於孤子間的干涉力或外場調控。當這種束縛態伴隨周期性振盪時,也稱為呼吸子(breather)。
    • D-膜孤子 D-brane soliton:在某些場論模型中,由疇壁和附着在壁上的渦線連接點組成的複合孤子。在場論模型中,這些點形成了疇壁渦端缺陷或界面奇異點被稱為布經(boojum)的缺陷,即渦流和壁的負結合能,以及單個單極子負電荷的一半。
    • 鐵暗孤子 Ferrodark soliton:在自旋-1的超流體中的一種物理質量為負而慣性質量為正的拓撲暗孤子,它的最大傳播速度不是由「聲速」給出,而是由一個全新的速度速度極限給出。這個速度極限在某些參數範圍內可以比該超流體的「聲速」大。這個孤子有一個相伴的孤子,這個伴隨孤子具有負的物理質量和負的慣性質量以及更高的激發能量,在極限速度時,這兩類孤子變得完全一樣。在線性勢場中的振盪相關結果給出了在超流體中的一類新的嚴格孤子解。一型鐵暗孤子(type-I Ferrodark soliton)具有正慣性質量,並表現出單一的動態不穩定性,產生平面自旋纏繞,從而引起極核自旋渦旋偶極子,正慣性質量導致孤子在橫向擾動下發生彈性振動。二型鐵暗孤子(type-II Ferrodark soliton)具有負慣性質量,表現出蛇形不穩定性以及自旋扭曲不穩定性,後者涉及平面外自旋纏繞的產生。
    • 費米子霍普夫孤子 Fermionic Hopf solitons
    • 渦旋 vortex:攜帶非零角動量的孤子,在拓撲相位錯(或相奇異點)周圍具有非平凡相位分布,並且是具有螺旋相位的高維孤子。磁渦旋 Magnetic Vortex電渦旋 Electric Vortex磁電渦旋 Magnetoelectric Vortex聲學渦旋 acoustic vortex光學渦旋 Optical vortex等離子體渦旋 plasmonic vortex電子渦旋 Electron Vortex電磁波渦旋 Electromagnetic Vortex微波渦旋 Microwave vortexX射線渦旋 X-ray vortex電子束渦旋 electron beam vortex中子束渦旋 neutron beam vortex玻色子渦旋 boson-vortex費米子渦旋 Fermion-Vortex
      • 光子量子渦旋 photons Quantum vortex:光子彼此之間的相互作用不多,需要非線性介質來增強和誘導相互作用。雙光子渦旋 two-photon vortex三光子渦旋 three-photon vortex
      • 手性磁准粒子 Chiral Magnetic Quasiparticles:在不同晶格位置的自旋磁矩方向上存在非共面性。這種特徵的非共面性有一個拓撲起源,它對轉變為平庸的自旋織構(如鐵磁態)具有魯棒性,可以看作是渦旋和反渦旋的疊加。即使拓撲電荷為零,它們的拓撲也是非平庸的,受到關聯磁雙半子的間接保護。
      • 磁通渦旋 flux vortex:在超流體或超導體中,流體或磁通量線的旋轉結構,渦旋由正常態芯子和包圍芯子的超導電流組成,一個磁通渦旋可被認為是由直徑為兩倍相干長度的正常態芯子與周圍環繞的尺度為兩倍穿透深度的超導電流組成的。其動態行為有時被量子化為渦旋子(Vortexon),與斯格明子有些類似,但更直接與流體力學或超導相關。
        • 磁通渦旋束縛態 Vortex Bound States:項鍊狀渦旋束縛態 Necklacelike pattern vortex bound state
        • 量子磁通渦旋 quantum vortex:量子渦旋表示某個物理量的量子化磁通環流。在大多數情況下,量子渦流是超流體和超導體中表現出的一種拓撲缺陷。
        • 量子反常磁通渦旋 quantum anomalous vortex,QAV:在沒有外加磁場的條件下可在磁雜質上自發形成,其產生機制非常類似於量子反常霍爾絕緣體,並因此而得名。
        • ℤ₂磁通渦旋 Vortex規範場的磁通量。
        • 分數磁通渦旋 fractional Vortex
        • 陰陽磁通渦旋 Yin-Yang vortex:在垂直磁場下,表面的局部態密度呈現出明顯的暗亮對比,類似於道教的陰陽圖。每個陰陽渦旋都包含一個量子化的磁通量,陰陽部分之間的邊界與U晶體學a軸對齊。在陽部分存在一個尖銳的零能量電導峰,而在陰部分則存在一個具有明顯相干峰的超導間隙特徵,這甚至比在遠離渦旋核心或沒有磁場的情況下測量的更尖銳。表面上的陰陽渦旋是由與自旋三重態配對相關的無隙表面態與渦旋束縛態之間的相互作用引起的。
        • 約瑟夫森渦旋 Josephson Vortex:超導體-絕緣體-超導體(SIS)接合中的一種拓撲缺陷,表現為超流相位差()在空間中的渦旋狀分布,並攜帶一個量子化的磁通量()。
        • 阿布里科索夫渦旋 Abrikosov Vortex:是第二類超導體中的磁通量子化渦旋,表現為超流序參量的渦旋狀分布,核心區域為正常態。
        • 安德森-圖盧茲渦旋 Anderson-Toulouse Vortex:是超流氦-3中的一種三維拓撲缺陷,表現為超流序參量的渦旋狀分布,核心區域為正常流體。
    • 磁通子 fluxon:在超導研究方面,約瑟夫森(Brian D. Josephson)效應中的磁通量子實際上就是孤立子。
    • BPST瞬子 Belavin-Polyakov-Schwarz-Tyupkin instanton (BPST) instanton
    • 極熵子 Maxon:超流體中與熵相關的准粒子,與旋子在能量動量譜中對稱。
    • 旋子 Roton[79]:超流氦-4中的基本激發,又稱為超流子 Superfluidons,超流體中的量子渦旋。1962年,物理學家朗道預測超流體液4He具有獨特的聲子色散關係,聲子能量(頻率)與動量(波數)增大不是簡單遞增,而是先增加後降低再增加,即色散曲線具有極小值。對於極小值處的准粒子激發,朗道推測其與分子局部轉動有關,並稱其為旋子(roton)。
      • 類旋子 Roton-like:超材料基於非近鄰作用設計類旋子色散曲線。
      • 量子轉子 Quantum Rotor周期性驅動量子轉子 periodically driven quantum rotors
      • 量子受激轉子 Quantum Kicked Rotor:作為一個周期性驅動的量子系統,不斷周期性地激發量子氣體,在動量空間中會呈現出局域化的特性,而單粒子情況也被看作是動量空間中的安德森局域化。自旋1/2 量子受激轉子 spin-1/2 Quantum kicked rotor
      • 聲子-轉子聲波准粒子 phonon-roton sound-wave quasiparticles:液氦4和超流費米氣體中的聲子-質子耦合。轉子-聲子 roton-phonon
      • γ准粒子 γ-quasiparticles:液氦4中的無自旋玻色子轉子和自旋1/2冷原子費米氣體中的自旋費米子BCS型對破缺激發都表示為γ准粒子,在這兩種情況下都表現出能隙∆>0。
      • 電子旋子 Electronic rotons:對於二維電子或偶極液體,在沒有磁場的情況下,已經預測排斥相互作用形成旋子最小值。
      • 磁旋子 Magnetoroton:也叫做磁轉子、轉子,一個帶分數正電荷的任意子,和分數負電荷的任意子形成的態。其長波可以看成正負任意子對的激子,短波可以看成一種正負任意子等離子體的密度波(聲子)。磁旋子是分數量子霍爾效應中的最低能量中性集體激發,由Girvin, MacDonald和Platzman類比液氦中的旋子而提出,可理解為複合費米子的激子。
      • 引力子激發子 Graviton Mode:這裡的引力子與量子引力理論中的基本引力子有很大不同。明顯的區別是,這裡有2個而不是量子引力中的3個(或更高)空間維度。量子霍爾引力子背後的幾何是純空間的, 而愛因斯坦廣義相對論(量子引力的經典版本)的幾何是時空的。這些量子霍爾引力子是有能隙的, 而量子引力理論的引力子必須是無能隙(或者說是無質量)的, 這樣引力才能長距離傳播。
        • 手性引力子 Chiral graviton類引力子元激發 graviton-like excitations,引力子模,四極激發的手性自旋2的長波磁旋子具有引力子特徵,被稱為分數量子霍爾效應引力子。存在着一種量子度規,對於主要的分數量子霍爾態,例如1/3態,該度規可描述複合玻色子(一個電子綁上三個磁通量子)的形狀,或者近似地,複合費米子(一個電子綁上兩個磁通量子)迴旋運動軌道的形狀。引力子模在電子型分數量子霍爾液體(如1/3填充的Laughlin態)中自旋為–2, 而在空穴型分數量子霍爾液體(如2/3填充態)自旋為+2, 這些帶有特定手性的引力子為手性引力子。在1/2填充的玻色子Laughlin態, 存在自旋為–2的手性引力子。由於玻色子系統沒有簡單的空穴型分數量子霍爾液體, 自旋為 +2的手性引力子只能來自准空穴凝聚導致的高階分數量子霍爾態, 並與自旋為–2的手性引力子共存。可以利用引力子手性來探測朗道能級填充因子為5/2的分數量子霍爾液體的拓撲序, 最有可能的態是非阿貝爾的在電子型Moore-Read Pfaffian態和空穴型的anti-Pfaffian態,在電子型的Moore-Read Pfaffian態中引力子模自旋為–2, 而在空穴型的anti-Pfaffian態中引力子模自旋為+2。
    • 斯格明子 Skyrmion:最早是由英國粒子物理學家托尼·斯格明(Tony Skyrme)於1961年提出局域孤子模型來表示一類核子的拓撲結構,滿足此模型的拓撲准粒子被稱為斯格明子。表現為拓撲穩定的自旋紋理,由分布在二維平面(例如xy平面)上的一些有序的單位矢量(三維)組成。有序的單位矢量具有的性質,矢量之間的方向是連續變化的;同時這些矢量包含了三維空間所有的方向。注意:這裡矢量的位置是分布在二維平面上的,但是矢量的方向是可以指向三維空間中的任意方向的。斯格明子具備各種不同的形態,為方便分析,可將局限在二維平面上的斯格明子矢量分布映射到單位球體上。根據映射方式的不同,大致可歸類為四大類:斯格明子、嵌套斯格明子、雙半子、嵌套雙半子,而其中每一類又可再歸類為Néel型、Bloch型和反型,其矢量分布特性由極性、渦度和初始相位γ共同決定。另外還有抗旋型,位於兩條對角線上的自旋沿徑向旋轉,而其他自旋垂直於半徑旋轉,以及混合型,包括Bloch型和Néel型自旋旋轉。類斯格明子 Biskyrmion-like三維離散斯格明子 three-dimensional discrete skyrmions小斯格明子 baby-skyrmions(二維斯格明子、嬰兒斯格明子)、嵌入離域場氣泡的二維離散嬰兒斯格明子 skyrmionsembedded delocalized field bubble 2D discrete baby skyrmions初級斯格明子 Elementary Skyrmion(基礎斯格明子)、高階斯格明子 high-order skyrmion呼吸斯格明子 breathing skyrmion
      • 布洛赫斯格明子 Bloch Skyrmion:自旋矢量在垂直徑向方向連續旋轉的布洛赫型(Bloch type)的斯格明子的,也稱為徑向斯格明子(Radial Skyrmion),刺蝟斯格明子(hedgehog skyrmion),它的特徵是渦旋狀構型,自旋在垂直於斯格明子核心的平面內平滑旋轉。
      • 奈爾格明子 Néel Skyrmion:自旋矢量在徑向連續地旋轉奈爾型(Néel type)的斯格明子,也稱為手性斯格明子(Chiral Skyrmion),螺旋斯格明子(spiral skyrmio),其自旋向內或向外徑向指向中心,形成類似刺蝟的結構。
      • 反斯格明子 Antiskyrmion:拓撲電荷與普通斯格明子相反,並且表現出相反的繞線行為。一階反斯格明子 first-order antiskyrmions二階反斯格明子 second-order antiskyrmions
      • 雙斯格明子 Biskyrmion:由兩個綁定的斯格明子組成。
      • 嵌套斯格明子 Skyrmionium:其矢量從紋理中心的向上/下方向逐漸轉變到向下/上方向後又逐漸轉變到紋理邊緣的向上/下方向,可視為由極性相反的兩個斯格明子連接而成,其斯格明子數為0。
        • 靶態斯格明子 Target Skyrmion斯格明子,在嵌套斯格明子中,其矢量完成角度總和為2的翻轉,其斯格明子數視為奇數±1或偶數0。
      • 半斯格明子 half-skyrmion半反斯格明子 half-anti-skyrmion半斯格明子對 half-skyrmion pair
      • 半子 Merons反半子 Antimeron:有界半塊 bounded half-lumps,平面內斯格明子in-plane skyrmions ,麥紉、麥韌、分數斯格明子,斯格明子的拓撲半結構,在磁性薄膜或超薄層中表現為半整數拓撲荷(Skyrmion number)。對於扭曲系統,是Bloch型,而對於應變系統則是Néel型。鐵電向列相液晶中的極化渦旋的極化強度與彈性各向異性的競爭關係,決定了最終形成的拓撲結構是拓撲結構是同心圓類半子 concentric meron-like(C-meron),還是發散型類半子 divergent meron-like(D-meron)。贗自旋半子 Pseudospin meron斯托克斯半子 Stokes meron(動量空間半子 Momentum-space merons)、疇壁半子 domain-wall meron疇壁反半子 domain-wall antimeron液晶腔半子 Liquid-crystal-cavity (二階半子)
      • 磁斯格明子 Magnetic Skyrmion:微納米尺度上的一種自旋結構,由於受到拓撲保護,其具有較高的穩定性,同時可以被很低的電流所驅動。根據拓撲磁結構的產生機制,磁性斯格明子可以分成非中心對稱結構誘導的DMI(Dzyaloshinskii-Moriya Interaction)磁性斯格明子和偶極相互作用與各向異性共同誘導的DDI(Dipolar-Dipolar Interaction)磁性斯格明子。把一個斯格明子拉伸到三維,便會形成一條三維斯格明子弦,而霍普夫子可以理解為一個2π扭曲的斯格明子弦,兩端相連。凝聚斯格明子 condensed skyrmions一維疇壁斯格明子 One-dimensional domain wall skyrmion二維圓形斯格明子 One-dimensional circular skyrmions橢圓形斯格明子 elliptical magnetic skyrmion多邊形斯格明子 polygonal skyrmions條紋斯格明子 stripe skyrmions雙扭曲斯格明子 double-twist skyrmions高階磁斯格明子 high-order magnetic skyrmion局域表面等離激元斯格明子 localized magnetic plasmon skyrmions極性斯格明子 polar-skyrmion偶極斯格明子 Dipolar skyrmions偶極反斯格明子 Dipolar antiskyrmions鐵磁斯格明子 ferrimagnetic skyrmion反鐵磁斯格明子 Antiferromagnet skyrmion合成反鐵磁斯格明子 synthetic antiferromagnetic skyrmions合成亞鐵磁斯格明子 synthetic ferrimagnetic skyrmions 軌道磁斯格明子 Orbital Magnetic Skyrmions局域磁等離激元斯格明子 localized magnetic plasmon skyrmions
      • 波格明子 wave skyrmion
      • 電斯格明子 Electric skyrmion:具有與電偶極子相似的拓撲結構。極性格明子泡 polar skyrmion bubbles
      • 荷電斯格明子 Charged skyrmions:帶電的拓撲結構。單電荷e斯格明子Single-charge e skyrmion荷電2e斯格明子 charge 2e skyrmion
      • 磁電斯格明子 Magnetoelectric skyrmions:通過近似相互作用,局域偶極子和自旋矩之間存在等周期雙射關係。
      • 電磁斯格明子 electromagnetic skyrmions:拓撲複雜的瞬態電磁場提供了對非平凡光物質相互作用的訪問,並為信息傳輸提供了額外的自由度。
      • 谷斯格明子 valley skyrmion:基於谷自由度的拓撲結構。
      • 光學斯格明子 Optical skyrmions:在光學中,斯格明子是一種光束,它的光強分布呈現出旋轉對稱的環形,而它的偏振分布呈現出螺旋狀的旋轉。、贗自旋斯格明子 Pseudospin skyrmion自旋斯格明子 Spin skyrmion場斯格明子 Field skyrmion斯托克斯斯格明子 Stokes skyrmion(自由空間斯格明子 Free-space skyrmions)、非局域斯格明子 Non-local skyrmion局域表面磁性等離激元斯格明子 localized Surface magnetic plasmon skyrmions電場矢量光學斯格明子 electric field vector optical skyrmions電磁場矢量光學斯格明子 electromagnetic field vector optical skyrmions自旋矢量光學斯格明子 spin vector optical skyrmions贗自旋矢量光學斯格明子 pseudospin vector optical skyrmions磁矢量光學斯格明子 magnetized vector optical skyrmions斯托克斯矢量光學斯格明子 Stokes vector optical skyrmions光學能流斯格明子 optical energy flow skyrmions坡印廷矢量光學斯格明子 Poynting vector Optical skyrmions)。高階光學斯格明子 high-order optical skyrmion一階斯格明子 1st-order skyrmion1st-order 3 skyrmion1st-order 5 skyrmion二階斯格明子 2nd-order skyrmion2nd-order 3 skyrmion2nd-order 5 skyrmion三階斯格明子 3rd order skyrmion3rd-order 3 skyrmion3rd-order 5 skyrmion
    • 一維磁孤子 one-dimensional magnetic solitons:一維手性磁孤子,類似於磁性斯格明子,具有拓撲性和特殊的單軸螺旋磁結構。
    • 斯格明子管 Skyrmion tube斯格明子弦 Skyrmion string:徑向扭曲結構的三維斯格明子,將一個二維斯格明子的構型擴展到三維並保持其自旋方向不隨z方向位置變化,便可以得到一個筆直的斯格明子管(tube)或斯格明子弦(string)。偶極弦(dipole strings)末端有兩個布洛赫點。
    • 斯格明子繭 skyrmionic cocoon:變形橢球形狀
    • 霍普夫子 Hopfion:Faddeev–Hopf knots,又稱為磁渦旋環 magnetic vortexring,三維拓撲孤子,1975年,Faddeev在Skyrme—Faddeev模型框架內提出了一個穩定的孤子解,其拓撲結構可以用霍普夫不變量(Hopf invariant,或霍普夫荷Hopf charge,簡寫為QH)來描述。包括 Néel 型(刺蝟)、Bloch 型(渦旋)和反型(馬鞍)紋理。阻挫磁體模型中的霍普夫子構型,其霍普夫荷分別為 QH = 3 (a)、6(b)、7(c)和10(d),其中(a)和(b)為環狀,(c)為鏈狀,(d)為三葉結拓撲結構。斯格明霍普夫子 skyrmionic hopfions霍普夫環 hopfion ring霍普夫鏈 Hopf Link
      • 磁霍普夫子 magnetic Hopfions:Bloch(渦旋)和 Néel(刺蝟)類型的磁霍普夫子可以被激發並以穩定狀態存在於手性磁體中。
      • 光學霍普夫子 optical hopfion:由斯托克斯矢量光學斯格明子閉環扭曲形成的拓撲結構,其每根「光絲」均對應於特定的偏振橢圓軌跡,形成了霍普夫子矢量光束。斯托克斯霍普夫子 Stokes Hopfion矢量光學霍普夫子 vector optical hopfion時空標量光學霍普夫子 Spatiotemporal Scalar optical hopfion時空脈衝編織標量光霍普子 Spatiotemporal pulse weaving scalar optical hopfions等相位線標量霍普夫子 equiphase line scalar hopfion
    • 莫比烏斯環 Möbius strip
      • 光學莫比烏斯環 optical Möbius strip:在時空光場中,光學調控過程也對應了物理對接和扭轉。時空渦旋管經過光學變換對接為時空渦旋環,而空間渦旋相位則扭轉了相位條帶。光學相位莫比烏斯環 optical phase Möbius strip、光學偏振莫比烏斯環 Optical Polarization Möbius Strips
      • 水波極化莫比烏斯帶 water-wave polarization Möbius strips
      • 光學渦旋結 optical vortex Knot
    • 環子 Toron:是一種三維拓撲孤子,常見於液晶或軟物質系統。它由電場或磁場誘導,形成閉合的環狀拓撲缺陷結構,有兩個矢量奇點作為邊界點,具有非零的拓撲電荷。由扭曲的分子排列構成環狀或鏈狀(如「項鍊」形缺陷)。
    • 扭轉子 Twistion:手性液晶中具有扭轉結構的拓撲孤子。
    • 螺旋結子 Heliknoton:是具有三維螺旋和結狀結構的拓撲孤子,其核心特徵是液晶分子指向矢在空間中的連續扭曲和纏繞。
    • 三葉結 Trefoil Knot八字結 Figure-Eight Knot所羅門環 Solomon ring博羅米尼環 Borromean ring
    • 四維斯格明子 four-dimensions skyrmions:在一個四維平面上(xyzt),包含了所有三維實空間(xyz)偏振態的可能性。
    • 鐵電孤子 ferroelectric solitons鐵電斯格明子 ferroelectric Skyrmion(奈爾型 Néel-type、布洛赫型 Bloch-type)、鐵電半子 ferroelectric merons(刺蝟形 Hedgehog-type、渦旋形 Vortex-type)、鐵電雙半子 ferroelectric bimerons鐵電霍普夫子 ferroelectric hopfions鐵電向錯子 ferroelectric disclinations
      • 鐵電渦旋 ferroelectric Vortex鐵電反渦旋 ferroelectric Anti-Vortex鐵電離心渦旋 ferroelectric centrifugal vortex
      • 鐵電疇壁 ferroelectric domain walls:主要類型是伊辛型(Ising-type)、奈爾型(Néel-type)、布洛赫型(Bloch-type)、混合伊辛-奈爾型(mixed Ising-Néel-type)
      • 磁通量閉合疇 flux-closure domain
      • 球形鐵電孤子 Spherical ferroelectric solitons:具有極化渦環包裹着均勻極化核,而其外層則是球形疇界。包括鐵電泡 electrical bubbles極性斯格明子磁泡 polar skyrmion bubbles
    • 多鐵拓撲孤子 multiferroic topological solitons
    • 自局域動態磁孤子 self-localized dynamic magnetic soliton(反鐵磁性液滴孤子 Antiferromagnetic droplet soliton)
  • 方程的孤子解
    • 阿布洛維茨-拉迪克孤子 Ablowitz-Ladik Soliton:1976年 Mark Ablowitz與J. Ladik 提出,離散晶格中的光孤子(如光子晶體)或DNA動力學。亮孤子與暗孤子,離散系統中能量局域化,支持穩定傳播。
    • 本傑明-博納-馬奧尼孤子 Benjamin-Bona-Mahony (BBM) solitons:1972年由 T. Brooke Benjamin, J.L. Bona, J.J. Mahony 提出,描述中小振幅長波的傳播,修正了KdV方程在色散關係中的缺陷。具有弱色散和非線性平衡的淺水波孤子解。
    • 本傑明-博納-馬奧尼-布格爾孤子 Benjamin-Bona-Mahony-Burgers (BBM-Burgers) solitons:BBM方程與Burgers方程的耦合形式,研究具有耗散效應的長波傳播。結合耗散與非線性效應,孤子形狀隨耗散逐漸衰減。
    • 本傑明-小野孤子 Benjamin-Ono Soliton:1967年 T. Brooke Benjamin 與1972年 Hiroshi Ono 提出,描述深水中的內波(如海洋分層流體的界面波)和等離子體中的離子聲波。支持代數孤子解。
    • 布辛涅斯克孤子 Boussinesq Soliton:1872年 Joseph Boussinesq 提出方程,孤子解20世紀70年代,淺水波與彈性膜振動的雙向傳播模型。行波孤子與周期解,支持能量局域化與色散平衡。
    • 卡馬薩-霍爾姆孤子 Camassa-Holm Soliton:1993年 Roberto Camassa與Darryl Holm 提出,流體動力學中的峰孤子傳播,如海浪與彈性杆模型。Peakon解,具有雙哈密頓結構,碰撞後波形不變但相位累積。
    • 考德雷-多德-吉伯斯-小寺-澤田孤子 Caudrey-Dodd-Gibbon-Kotera-Sawada (CDGKS) Soliton:1975年 P.J. Caudrey, R.K. Dodd, J.D. Gibbon, T. Kotera, S. Sawada 提出,高維可積系統的研究。CDGKS方程的多孤子解,具有高階非線性效應。
    • 陳-李-劉孤子 Chen-Lee-Liu (CLL) solitons:1979年陳(H.H. Chen)、李(Y.C. Lee)、劉(C.S. Liu)提出,描述光纖中非線性光脈衝的傳播。CLL方程支持具有自陡效應的光孤子解。
    • 戴維-斯圖爾森孤子 Davey-Stewartson Soliton:1974年 A. Davey與K. Stewartson 提出,二維淺水波包絡動力學與非線性光學中的二維孤子。dromion解(二維指數局域化結構),能量分布於交叉波峰。
    • 達維多夫孤子 Davydov soliton[80]:蛋白質中能量傳遞,代表沿蛋白質α螺旋內自捕獲的酰胺I基團傳播的激發。它是達維多夫(Davydov)哈密頓量的解。為弄清肌肉收縮的機制提供了有力的途徑。
    • 德加斯佩里斯-普羅切西孤子 Degasperis-Procesi Soliton:2002年 A. Degasperis與M. Procesi 提出,淺水波與可積系統研究,描述尖峰孤子(Peakon)。尖峰波形,碰撞後保持速度但相位偏移,支持多峰相互作用。
    • 愛因斯坦-楊-米爾斯孤子 Einstein-Yang-Mills (EYM) soliton:基於愛因斯坦廣義相對論與楊-米爾斯理論,描述引力場與規範場耦合的拓撲解。靜態圓柱對稱SU(2)解,具有Kasner漸近性。
    • 愛因斯坦-麥克斯韋孤子 Einstein-Maxwell solitons:廣義相對論與電動力學結合的解,研究引力與電磁場的相互作用。時空中的局域化能流結構,如電引力波解。
    • 弗倫克爾-康托羅娃模型孤子 Frenkel-Kontorova Model Soliton:1938年 Yakov Frenkel, Tatyana Kontorova 提出,模擬一維晶格中的位錯運動。拓撲孤子,描述周期勢中的局域化位錯激發。
    • 弗里德伯格-李-西林孤子 Friedberg-Lee-Sirlin (FLS) Soliton:1976年 R. Friedberg, T.D. Lee, A. Sirlin 提出,量子場論中的能量局域化模型。通過標量場耦合實現經典與量子穩定性。
    • 福卡斯-萊內爾斯孤子 Fokas-Lenells Soliton:2009年 A.S. Fokas與J. Lenells 提出,高階色散光纖中的超短脈衝傳播,怪波(rogue wave)研究。精確怪波解,振幅突發性增長,應用於極端波事件模擬。
    • 格爾吉科夫-伊萬諾夫孤子 Gerdjikov-Ivanov Soliton:20世紀80年代 V.S. Gerdjikov與M.I. Ivanov 提出,多模光纖中的矢量孤子及偏振復用通信。多分量解,參數調控偏振態,碰撞時能量守恆。
    • 金茲堡-朗道孤子 Ginzburg-Landau Soliton:1950年V.L. Ginzburg, L.D. Landau 提出的方程,超導、玻色-愛因斯坦凝聚及耗散系統。耗散孤子(脈動、蛇形等),受非線性增益與損耗平衡。三次-五次-七次非線性複雜金茲堡-朗道方程(cubic-quintic-septic nonlinearities complex Ginzburg-Landau equation,CQS-CGL)的解。(3+1)維,衍射(diffraction)、增益(gain)、損耗(loss)、光譜濾波(spectral filtering)、拉曼散射(Raman scattering),三次-五次-七次一階自陡化效應(cubic-quintic-septic first-order self-steepening effects),三階、四階、五階、六階、七階線性色散(third-、fourth-、fifth-、sixth-order、seventh order linear dispersions)、三次-五次-七次非線性(cubic-quintic-septic nonlinearities),複雜金茲堡-朗道方程(complex Ginzburg-Landau equation,CQS-CGL)。三次五次金茲堡-朗道方程(cubic-quintic Ginzburg-Landau equation,CGLE)是控制各種學科中耗散系統弱非線性行為的正則方程,揭示五類孤立波解,脈動孤子 pulsating solitons爬行孤子 creeping solitons蛇形孤子 snake solitons噴發孤子 erupting solitons混沌孤子 chaotic solitons,這些耗散孤子在時間上不是靜止的,它們是空間受限的脈衝型結構,其包絡表現出複雜的時間動態。
    • 赫姆霍茲-馬納科夫孤子 Helmholtz-Manakov solitons:是一種空間孤子承載波動方程,用於描述Kerr型介質中寬多分量自陷光束的演化。通過省略緩慢變化的包絡近似,HM方程可以精確地描述相對於參考方向以任意大角度傳播和相互作用的矢量孤子。
    • 厄米-拉蓋爾-高斯孤子 Hermite-Laguerre-Gaussian Soliton:基於光場模式理論,非局域非線性介質中的高階光孤子。具有複雜對稱性的穩定結構。新型高階空間光孤子與拉蓋爾-高斯和厄米-高斯線性本徵模(Laguerre-Gaussian and Hermite-Gaussian linear eigenmodes)類似,穩定的高階光孤子可以以各種形式的孤子項鍊(soliton necklaces)和孤子矩陣(soliton matrices)存在於非局域非線性介質中。調製不穩定性可以通過類似於廣義埃爾米特-拉蓋爾-高斯模式(generalized Hermite-Laguerre-Gaussian modes)的中間態,導致具有不同對稱性的能量閉合孤子之間的非平凡變換。
    • 廣田-薩摩-伊藤孤子 Hirota-Satsuma-Ito (HSI) Soliton:1970-80年代廣田良吾(R. Hirota)、薩摩芳男(K. Satsuma)、伊藤隆(T. Ito)提出,可積系統,用於分析淺水波的調製不穩定性及孤子解的穩定性。與耦合KdV方程研究支持多孤子解,其相互作用表現出彈性碰撞特性。
    • 廣義廣田-薩摩耦合科特韋格-德弗里斯孤子 Generalized Hirota-Satsuma Coupled KdV Soliton:在HSI方程基礎上推廣的耦合KdV系統,包含更高階非線性項或擴展維度。其解可表現為多峰孤子或周期波結構。
    • 廣田-麥克斯韋-布洛赫孤子 Hirota-Maxwell-Bloch (HMB) Soliton:結合 Hirota 方程(可積非線性模型)與 Maxwell-Bloch 方程(光與二能級原子相互作用的經典理論)的混合模型,用於描述非線性光學系統中光脈衝與介質相互作用的孤子現象。
    • 賈基夫-雷比孤子 Jackiw-Rebbi soliton:1976年 Roman Jackiw,Claudio Rebbi 提出,量子場論中研究拓撲缺陷與費米子局域化現象。當狄拉克方程的質量項在空間變號時,零能態局域在疇壁處,形成拓撲保護的邊界態。該模型為拓撲絕緣體理論奠定基礎。
    • 卡東穆塞夫-彼得韋亞斯維利孤子 Kadomtsev-Petviashvili (KP) soliton:1970年 B.B. Kadomtsev, V.I. Petviashvili 提出可以推廣 KdV 方程到兩個空間維度的方程。KdV方程最初是為了模擬一維淺水波的單向傳播而提出的,而KP方程則是為了模擬二維空間中類似現象的方程。二維淺水波與等離子體波傳播。KP方程的線孤子或格孤子解,具有橫向穩定性。
    • 卡東穆塞夫-彼得韋亞斯維利-本傑明-博納-馬奧尼孤子 Kadomtsev-Petviashvili-Benjamin-Bona-Mahony(KP-BBM) soliton:Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程(1970年)與Benjamin-Bona-Mahony(BBM)方程的耦合形式,描述二維空間中兼具色散與弱耗散的長波傳播。兼具KP方程的橫向穩定性與BBM方程的弱色散特性,孤子形態隨耗散參數動態演化。
    • 卡東穆塞夫-彼得韋亞斯維利-布辛涅斯克孤子 Kadomtsev-Petviashvili-Boussinesq(KPB) soliton
    • 克萊因-戈登孤子 Klein-Gordon Soliton:方程源自1926年 Oskar Klein與Walter Gordon,孤子解研究於20世紀60年代。量子場論中的拓撲缺陷(如疇壁、磁孤子),扭結(kink)與反扭結(antikink)解,具有拓撲電荷,碰撞時產生相移。
    • 科特韋格-德弗里斯孤子 Korteweg-de Vries (KdV) Soliton:1895年 Diederik Korteweg, Gustav de Vries 提出,經典淺水波與一維非線性晶格。首個被嚴格求解的孤子,碰撞後保持特性不變。是孤子理論的經典模型。
    • 昆杜-埃克豪斯孤子 Kundu-Eckhaus Soliton:1984年 Anjan Kundu與G. Eckhaus 提出,非線性光學中的啁啾脈衝傳播與BEC中的調製不穩定性。啁啾孤子(頻率隨位置變化),支持四階色散與自頻移效應。
    • 尼日尼克-諾維科夫-維塞洛夫孤子 Nizhnik-Novikov-Veselov Soliton:1983年 L.P. Nizhnik、S.P. Novikov、A.P. Veselov 提出,二維可積系統研究,應用於非線性光學與表面波動力學。NNV方程支持dromion解(二維局域化孤子),能量在空間呈指數局域。
    • 非線性薛定諤方程孤子 Nonlinear Schrödinger Equation Soliton:描述光脈衝在非線性介質中傳播的方程解,廣泛應用於光纖通信和玻色-愛因斯坦凝聚態研究。有兩類重要的非線性薛定諤方程:一類是超導中的非線性 Schrödinger-Poisson 方程,另一類是來自於玻色-愛因斯坦凝聚中的 Gross-Pitaevskii 方程。外部勢 External Potential,廣義 generalized,一維、二維、(1+1)維、三維、(2+1)維、(3+1)維,空間調製非線性(spatially modulated nonlinearity)、時間和空間調製(time- and space-modulated)、冪律非線性(power law nonlinearity)、橫向調製(transverse modulation)、不同衍射(different diffractions)、變係數(variable-coefficient)改變(空間依賴衍射 space-dependent diffraction、非線性 nonlinearity、增益 gain、損耗 loss)、勢(宇稱時間( )對稱勢 parity-time()-symmetric potentials(外勢項:波施爾-泰勒勢 Pöschl-Teller potentials、廣義波施爾-泰勒勢 generalized Pöschl-Teller potentials、斯卡夫-1勢 Scarff I potentials、斯卡夫-2勢 Scarff II potentials、羅森-莫爾斯-1勢 Rosen–Morse I potentials、羅森-莫爾斯-2勢 Rosen-Morse II potentials、曼寧-羅森勢 Manning-Rosen potentials、埃卡特勢 Eckart potentials、胡倫勢 Hultén potentials、庫侖勢 Coulomb potentials、諧振子勢 harmonic oscillator potentials、周期勢 periodic potentials、准晶體勢 quasicrystalline potentials)、光格子勢 optical lattice potential、組合時間相關磁光勢 time-dependent magnetic-optical potentials(線性格子勢 linear-lattice、諧波格子勢 harmonic-lattice、諧波線性格子勢 harmonic-linear-lattice)),N-耦合(N-component coupled),群延遲(group delay under),時間不均勻色散(temporally inhomogeneous dispersion,),二次-四次(quadratic-quartic),三次-五次-七次-九次(cubic-quintic-septic-nonic)-(聚焦 focusing -散焦 defocusing),強耦合(strongly coupled),非齊次非局域非線性(inhomogeneous nonlocal nonlinear),薛定諤方程(Schrödinger equation)。一維、二維、三維三次-五次-七次-九次-時空分數(1D、2D、3D cubic-quintic-septic-nonic space-time fractional)離散非局域非線性薛定諤方程(Discrete nonlocal nonlinear Schrödinger Equations)
    • 非線性薛定諤-麥克斯韋-布洛赫孤子 Nonlinear Schrödinger-Maxwell-Bloch Soliton:基於NLS與Maxwell-Bloch方程的耦合模型,描述超短激光脈衝在二能級原子介質中的傳播及自感應透明效應。耗散孤子或呼吸子,平衡高階色散與非線性增益,碰撞時伴隨能量轉移。
    • 野崎-貝基孤子 Nozaki-Bekki Soliton:1984年 Hidetoshi Nozaki,Toshio Bekki 提出,耗散系統中的行波解,解釋等離子體與光纖中的耗散孤子。非可積系統下的精確行波解,具有恆定速度與穩定振幅,碰撞後可能發生湮滅或合併。
    • 佩爾斯-納巴羅孤子 Peierls-Nabarro Soliton:Rudolf Peierls,Frank Nabarro 提出,晶體位錯理論,解釋一維晶格中位錯運動的能量勢壘。表現為晶格畸變的局域化傳播,需克服Peierls-Nabarro勢壘移動。
    • 佐佐-薩摩孤子 Sasa-Satsuma Soliton:1991年 N. Sasa,J. Satsuma 提出,高階色散與自陡峭效應主導的超短光脈衝。雙峰孤子,碰撞時相位複雜調製,支持呼吸子行為。
    • 澤田-小寺孤子 Sawada-Kotera Soliton:1974年 K. Sawada,T. Kotera 提出,五階KdV方程模型,描述淺水波與離子聲波的非線性演化。高階色散與非線性平衡下的多峰孤子,碰撞後呈現複雜相位偏移。
    • 澤田-小寺-拉馬尼孤子 Sawada-Kotera-Ramani Soliton:由A. Ramani等推廣的Sawada-Kotera方程的擴展形式,廣義淺水波方程與可積系統研究。支持(2+1)維孤子解,波形呈現交叉分支結構,適用於複雜介質波動。
    • 澤田-小寺-卡東穆塞夫-彼得韋亞斯維孤子 Sawada-Kotera-Kadomtsev-Petviashvili (SK-KP) Soliton:Sawada-Kotera方程與KP方程的結合,高維空間中非線性波的多向傳播。兼具五階非線性與二維色散效應,孤子形態呈格狀或環形分布。
    • 正弦-戈登孤子 Sine-Gordon Soliton:方程命名源自方程中出現的正弦函數和物理學家戈登(Walter Gordon),描述一維晶格中的扭結型孤子,應用於超導約瑟夫森結和磁性系統。
    • 雙曲正弦-戈登孤子 sinh-Gordon Soliton:方程源於19世紀,孤子解研究在20世紀60年代。可積場論、幾何曲面理論(如常負曲率曲面)。非拓撲孤子,解為雙曲函數形式,碰撞後產生相位移動但形態不變。
    • 斯奈德-米切爾孤子 Snyder–Mitchell Soliton: Snyder–Mitchell model
    • 蘇-施里弗-黑格孤子 one-dimensional Su-Schrieffer-Heeger(SSH) soliton:1979年 Wu-Pei Su、John R. Schrieffer、Alan J. Heeger 提出,聚乙炔導電機制與拓撲絕緣體理論。一維拓撲孤子,攜帶分數電荷(±e/2),兩端束縛局域態費米子。
    • 韋斯-祖米諾-威滕模型孤子 Wess-Zumino-Witten Model Soliton:1971年 Julius Wess、Bruno Zumino 提出, 1984年 Edward Witten 擴展,共形場論、弦論與強關聯繫統。二維拓撲孤子,具有Wess-Zumino項導致的非平庸拓撲荷,描述瞬子與渦旋。
    • 扎哈羅夫-庫茲涅佐夫孤子 one-dimensional Zakharov-Kuznietsov solitons:1974年 V.E. Zakharov, E.A. Kuznietsov 提出,磁化等離子體中的離子聲波。ZK方程描述三維柱對稱孤子。

其它

[編輯]
  • 振幅子 Amplitudon:在電荷密度波(CDW)系統中,與電子密度波振幅漲落對應的准粒子,與相位子(Phason)共同描述CDW的動力學。
  • 角子 Angulon[81]:雙原子分子(雜質)在超流氦中的旋轉呈現出的准粒子,用於描述量子雜質(如分子)與多體環境(如超流體)之間的角動量交換。
  • 色荷子 Chromon:在理論物理中用來描述與顏色自由度(比如強相互作用中的夸克)相關的准粒子。它和自旋子、軌道子有點類似,都是某種自由度的獨立激發。
  • 結構子 Configuron[82]配置子,非晶態材料斷裂化學鍵時的一種基本結構激發態。
  • 位移子 Dislon[83]:向錯子 disclination、位錯子 dislocation,與晶體中位錯有關的局部集體激發,它是從經典位錯晶格位移場的量子化中產生的。
  • 域壁子 Domainwallon:域壁准粒子 Domain Wall Quasiparticle,在鐵磁體或鐵電體中,不同磁性或電性區域之間的邊界(域壁)可以動態移動,這種運動有時被量子化為「域壁子」。它和位移子有點類似,都是與材料中缺陷或邊界相關的准粒子。
  • 雙流子 Duon[84]:由兩個粒子通過流體動力耦合而成的准粒子,是由粘性流驅動的二維膠體晶體中的基本激發。
  • 熵子 Entropon:理論模型中的熵波量子化,描述無序系統中熵的傳播。與熱子(Heaton)類似,但強調熵而非熱量。
  • 味荷子 Flavaron:在凝聚態系統中,「味」可類比於多帶或多軌道自由度。不同軌道(如d電子與f電子)的配對可能導致攜帶「味」量子數的激發。
  • 第二聲子 Second Sound:超流體氦中溫度波的量子化,表現為熵的傳播,以波動的形式傳播,很像聲波。這種現象被稱為第二聲(second sound),相對的普通聲波被稱為第一聲。在低溫超流氦-4中可檢測到。磁振子第二聲音 magnonic second sound(自旋系統中的類比現象)
  • 第三聲子 Third Sound:超流氦薄膜上的長波表面波,法向分量保持靜止,超流體分量平行於壁振盪。
  • 第四聲子 Fourth sound:超流氦中存在於狹窄的雙側聲道中,正常分量再次保持靜止,超流體分量平行於壁振盪,但通道的寬度必須保持固定,因此總密度和溫度都有振盪。在完全封閉的納米流體幾何結構中,只有第四種聲音可以傳播。
  • 第五聲子 Fifth Sound:超流氦薄膜中在特定條件下(抑制蒸發、部分正常分量阻尼)傳播的絕熱溫度波,其物理本質與第二聲類似,但受薄膜幾何與界面作用調控。
  • 膠子激發子 Gluonic Mode:在量子自旋液體中,自旋自由度因強量子漲落而無法局域化,導致自旋分數化為攜帶分數化量子數的准粒子(如自旋子)和規範場激發(膠子激發子)。膠子激發子對應於規範場的玻色型激發,傳遞自旋子之間的相互作用,類似於QCD中膠子傳遞色荷相互作用。
  • 霍爾丹子 Haldanion:一維自旋鏈中拓撲保護的邊緣態激發,與Haldane相相關。
  • 熱子 Heaton:是熱量傳播的准粒子形式,有時用來描述非晶材料或複雜系統中的熱輸運。它和結構子有一定聯繫,因為兩者都涉及無序系統的能量轉移。
  • 希格斯-安德森激發子 Higgs-Anderson Mode:是超導體中序參量的聯合漲落模式,涉及超導能隙的振幅和相位變化,振幅漲落(Higgs模),類比粒子物理中希格斯場的振幅激發。在強漲落體系中(如二維超導體或接近量子相變點),振幅與相位漲落耦合,形成聯合模式。其能譜由Higgs模的能隙和相位模的線性色散共同決定。縱向希格斯模式 longitudinal Higgs modes、橫向希格斯模式 longitudinal Higgs modes、軸向希格斯模式 Axial Higgs mode、
  • 霍夫施塔特准粒子 Hofstadter Quasiparticle:超晶格中磁場誘導的分形能譜激發,呈現「蝴蝶形」電子結構,用於研究拓撲量子霍爾效應。
  • 列韋子 Leviton[85]:金屬中單個電子的集體激發,激發產生電子脈衝而不產生電子空穴,脈衝的時間依賴性由脈衝電位產生的洛倫茲分布來描述。
  • 非費米液體准粒子 Non-Fermi liquid quasiparticles:量子臨界系統存在准粒子激發,在整個過渡保持顯着的魯棒性。
  • 波梅蘭丘克准粒子 Pomeranchuk Quasiparticle:由 Igor Pomeranchuk 提出的概念,指代在費米面形狀不穩定性下出現的集體激發。常見於向列相電子態(如液晶或磁性材料)中,表現為各向異性漲落。
  • 相位子 Phason[86]:准晶體中與原子重排有關的相態振動模式。最初為描述准晶的水力學模式而引入,用於解釋非公度(incommensurate)結構中的滑移激發。在電荷密度波材料中,相位子作為最低基本激發,其質量可由長程庫侖相互作用調控,低溫下可觀測到大質量相位子的相干太赫茲輻射。相位子滑移模式(sliding phason mode)在界面耦合體系中分為無能隙的「非鎖定模式」和有能隙的「鎖定模式」,分別對應粒子鏈的浮動態和穩定調製態。聲學相位子 acoustic phason類光學相位子 optic-like phason
  • 波紋子 Ripplon:是液體表面或薄膜上漣漪(ripple)的量子化形式。它常見於超流氦或二維系統的表面張力研究中,描述表面波的集體行為。
  • 唐克斯-吉拉多氣體准粒子 Tonks-Girardeau Gas Quasiparticle:在一維強相互作用玻色子系統中,當相互作用能遠大於粒子間動能時,玻色子表現出類似費米子的性質,形成類費米子准粒子。這種現象通過費米子化實現,即玻色子映射為費米子,但仍保留其相互作用特性。
  • 扭子 Twiston:是扭轉波(torsional wave)的量子化形式,可能出現在具有扭轉自由度的系統中,比如納米管或層狀材料中。它描述了材料中局部旋轉的集體激發。
  • 空位子 Vacancion:用於描述晶體中空位(缺失原子)擴散時的准粒子行為。空位的移動會導致周圍原子的重新排列,像結構子描述的非晶材料中局部結構調整。
  • 皺紋子 Wrinklon[87][88]:約束二維系統中與皺痕相對應的局域激發。


相態列表是關於各種常見(固態,液態,氣態,等離子態)和不常見的相態(物質在一定溫度壓強下所處的相對穩定的狀態)的列表,列表是根據能量密度由低到高排列。相態是指物質出現不同的相,也叫物態,物態的變化稱為相變。物理法則應當是對稱且可以被不加修改地應用在所有的時空點上的,但很多系統違反了對稱性。比如磁鐵中的原子的自旋可被排成一行而不是指向各個方向,礦石晶體裡原子占用了預定空間位置使得晶體在稍微轉動就看上去不同了。當一種變換使得物質性質發生改變,物理學家稱之為對稱破缺。對稱破缺存在於自然的每個角落,因為磁力,超導甚至給予萬物質量的希格斯機制都是源自於此。

相態列表

低能量態

[編輯]
  • 玻色氣體(Bose gas):是一個量子力學中的理想氣體模型,類似於經典理想氣體,由具有整數值自旋沒有相互作用的的玻色子組成,服從玻色-愛因斯坦統計一維玻色氣體 one-dimensional Bose gas一維受限玻色氣體 one-dimensional confined Bose gas三維自由理想玻色氣體 Therr-dimensional free ideal Bose gas自由玻色氣體 free Bose gas囚禁理想玻色氣體 trapped ideal Bose gas二維囚禁廣義玻色氣體 Two-dimensional trapped Generalized Bose Gases囚禁弱相互作用玻色氣體 trapped weakly interacting Bose gas稀玻色氣體 dilute Bose gases軟核相互作用勢玻色氣體 soft-core interaction potential Bose gas
  • 費米氣體(Fermi gas):又稱為自由電子氣體(free electron gas)費米原子氣體(fermionic atom gas),是一個量子力學中的理想氣體模型,由具有半整數自旋沒有相互作用的費米子組成,遵守費米-狄拉克統計。在金屬、半導體內的電子或中子星里的中子,都可以視為近似於費米氣體。稀費米氣體 dilute Fermi gases
  • 玻色-愛因斯坦凝聚態(Bose-Einstein condensate,BEC):遵守玻色-愛因斯坦統計的玻色氣體,玻色-愛因斯坦統計是描寫玻色子的統計分布的理論。當溫度足夠低、原子的運動速度足夠慢時,玻色子原子將占據能量最低的同一量子態,所有的原子就象一個原子一樣,具有完全相同的物理性質。非均勻玻色-愛因斯坦凝聚體 inhomogeneous Bose-Einstein condensates高度各向異性雪茄形玻色-愛因斯坦凝聚體 highly anisotropic cigar-shaped Bose-Einstein Condensates吸引力相互作用玻色-愛因斯坦凝聚體 attractively interacting Bose-Einstein condensate排斥玻色-愛因斯坦凝聚體 repulsive Bose-Einstein condensates弱相互作用玻色-愛因斯坦凝聚體 weakly interacting Bose-Einstein condensates非常規強相互作用玻色-愛因斯坦凝聚體 Unconventional strongly interacting Bose-Einstein condensates准相對論玻色-愛因斯坦凝聚體 quasirelativistic Bose-Einstein condensates自吸引玻色-愛因斯坦凝聚態 self-attractive Bose-Einstein condensates自陷玻色-愛因斯坦凝聚體 Self-trapped Bose-Einstein condensates囚禁玻色-愛因斯坦凝聚體 trapped Bose-Einstein condensates囚禁鐵磁玻色-愛因斯坦凝聚體 trapped ferromagnetic Bose-Einstein condensates空間非均勻玻色-愛因斯坦凝聚體 spatially nonuniform Bose-Einstein condensates非零動量玻色-愛因斯坦凝聚體 non-zero momentum Bose-Einstein condensates
  • 費米-狄拉克凝聚態(Fermionic - Dirac condensate):與玻色-愛因斯坦凝聚態相似,但由費米子組成。根據泡利不相容原理,不同的費米子不能占據同一量子態,在庫柏(cooper)機制下,費米子可形成束縛態庫柏對,表現為一個玻色子,然後庫柏對發生凝聚,稱為巴丁-庫珀-徐瑞弗(Bardeen-Cooper-Schrieffer,BCS)超導超流,從而占據同一量子態。光費米子凝聚體 light-fermion condensates
  • 核激發量子簡併氣體(Nuclear-excited quantum degenerate gases):是指氣體的量子簡併性質受到核激發的影響,無論是通過核躍遷還是通過核與周圍原子的相互作用。其中一種特殊的由核異構體構成的物質狀態,當核異構體態的銫原子氣體被冷卻到100納開爾文溫度時,可以形成玻色-愛因斯坦凝聚,此時原子處於最低能的「凝聚」狀態,但根據定義,核異構體本身是處於激發態的。
  • 任意子凝聚(anyon Condenstion):不同任意子理論之間可能發生的所有連續相變都可以由任意子凝聚來描述。已知的任意子凝聚主要指的是具有玻色型自統計的任意子發生凝聚,比如電荷與磁荷。它與常規的玻色凝聚的區別在於,這類玻色子與其他任意子之間由於Aharonov—Bohm相位效應存在非平庸的統計,從而其凝聚會引發其他任意子的禁閉。在Toric Code模型中,由於磁荷m對電荷e來說充當着π通量的角色,所以磁荷的凝聚會導致電荷的禁閉。在磁荷凝聚的基態真空上,磁荷可以任意漲落出現或者消失,而這意味着電荷在真空中遊走時會感受到漲落的相位,從而造成干涉相消效應。由於電荷在磁荷凝聚的真空中已經不具備良好定義的統計相位,所以不允許獨立存在。同理,電荷的凝聚會導致磁荷的禁閉。(2+1)維拓撲序弦網模型非阿貝爾任意子凝聚 (2+1)d topological String-Net Model orders Nonabelian Anyon Condenstion
  • 超流體(Superfluid):物質在沒有能量損失的情況下無限流動的一種物相。在1937年由 Pyotr Leonidovich Kapitsa, John F. Allen 和 Don Misener 發現的。至少有兩種氦的同位素、一種銣的同位素和一種鋰的同位素可以在極低溫下實現。某些原子在極低溫下會形成一種完全無摩擦的流體,這種現象叫做超流現象(Superfluidity)。如果將超流體放置於環狀的容器中,由於沒有摩擦力,它可以永無休止地流動。常壓下液態的4He和3He,在絕對零度時也不能凝結成固體。它們的量子效應顯著,在各自對應的溫度和壓力下,發生由黏性液體轉變為無黏滯的超流體的相變,同時還存在其他的特殊現象,這些液體稱為量子液體(Quantum liquid)。超流體和超導體的統一理論可以以規範對稱破缺(Gauge symmetry breaking)表達。一維超流體 one-dimensional Superfluid二維超流體 two-dimensional Superfluid波超流體 -wave superfluids波超流體 -wave superfluids波超流體 -wave superfluids二維誘導波超流體 two dimensions Induced -wave superfluids
    • 一維利布-林內格超流體(one-dimensional Lieb-Liniger Superfluid):具有接觸相互作用的玻色子的 Lieb-Liniger 模型。
    • 二維別列津斯基-科斯特利茨-索利斯超流體(two-dimensional Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) Superfluid):符合二維XY模型的磁性系統可以通過形成手性相反的渦旋-反渦旋對來實現長程磁序,當升溫超過某臨界溫度時,這種渦旋-反渦旋對被拆散而使系統失去長程磁序,這種相變機制被稱為BKT相變。
    • 逆流超流體(counterflow superfluid)對流超流相 paired superfluid phases,對流超流相中存在兩個相對流動的超流體,它們分別由自旋為A和B的粒子組成;兩種自旋的粒子會相對流動,體現出超流性;但是兩種相對流動的自旋流之間存在嚴格的關聯使得總粒子流為零,因此整體上看並不存在流動性,而是形成莫特絕緣體。超流體-超流體逆流 superfluid-superfluid counterflow雜對超流體 Hybrid-pair superfluid(BCS-BCS、BCS-BEC、BEC-BEC交叉)
  • 超導體(Superconductor):可以在在特定溫度以下,呈現電阻為零的導體。零電阻、抗磁性、雙電子量子化磁通()是超導體的幾個重要特性。超導性起源電子配對的庫珀對。但理論也暗示了可能從四電子(兩個庫珀對)或六電子(三個庫珀對)中出現的全新類型的超導態。波超導體(-Wave superconductors)的庫珀對是自旋相反的單重態,角動量()(具有序參數符號反轉的擴展超導體,沒有序參數符號反轉的波超導體)。波超導體(-Wave superconductors)的庫珀對是自旋相反的單重態,角動量()(超導體超導體)。波超導體(-Wave superconductors)的庫珀對是自旋相反的單重態,角動量()()。波超導體(-Wave superconductors)的庫珀對是自旋平行的三重態,角動量()。波超導體(-Wave superconductors)的庫珀對是自旋平行的三重態,角動量()。理論存在波超導體(-Wave superconductors)波超導體(-Wave superconductors)波超導體(-Wave superconductors)波超導體(-Wave superconductors)波超導體(-Wave superconductors)手性波超導體 chiral -wave superconductors螺旋波超導體 helical -wave superconductors塊自旋軌道耦合波超導體 bulk spin-orbit coupled -wave superconductors
    • 伊辛超導體(Ising superconductors)I型和II型伊辛超導體(Type-I Ising superconductors、Type-II Ising superconductors)二維伊辛超導體(Two-dimensional Ising superconductors)三維伊辛超導體(Three-dimensional Ising superconductors)
    • 庫珀對超導體(Cooper pair superconductor)四電子配對超導體(Charge 4 superconductor)(quartetting order)、六電子配對超導體(Charge 6 superconductor)(sextetting order)、多粒子序(multi-particle clustering ordering,阻挫超流 frustrated superfluidity)
    • 配對超導體 pairing superconductor費米配對超導體 Fermi pairing superconductor混合配對超導體 mixed pairing superconductorBCS配對超導體 Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) pairing superconductorFFLO配對超導體 Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov superfluid (FFLO) pairing superconductorBCS+FFLO配對超導體 BCS+FFLO pairing superconductorη配對超導體 η-pairing superconductor(η配對態是Hubbard模型中由η對稱性保護的特殊量子態)
    • 向列相超導體(nematic superconductor)准向列相超導體(quasinematic superconductor)
    • 多極序超導體(Multipolar Order Superconductor):多極誘導超導性。
    • 平帶序超導體(band superconductors)兩帶序超導體(two-band superconductor)多帶序超導體(multi-band superconductor)
    • 磁性融合超導體(Magnetically intertwined Superconductor):磁性與超導一般被認為是兩種互斥的量子態,Matthias和Anderson早在1958年就考慮過二者在晶格阻挫體系中的關聯,並提出了磁性超導的可能性。籠目超導體可以磁性超導的重要載體。
  • 自旋超導體(Spin Superconductors)自旋超流態(Spin Superfluids)自旋超固態(spin supersolid):由電荷中性自旋非零的玻色子在低溫下凝聚成的超流態,自旋流能無耗散地流過自旋超導體,即自旋阻是零;但對於電流來說是絕緣的。兼具自旋固態和自旋超流體特徵的自旋超固態。人們已推導出自旋超導的類倫敦方程和類金茲堡-朗道方程,也給出了BCS 型哈密頓量。
    • 高自旋超導體(high-spin Superconductors):超導電性是由自旋為3/2(合併自旋為3)的准粒子形成的庫珀對產生的。在常規的1/2自旋系統中,自旋-1/2和1/2之間可以用四種配對:1個自旋單態和3個自旋三重態。在非常規的3/2自旋系統中,自旋-3/2、-/2、1/2、3/2之間存在16種配對:1個自旋單態,3個自旋三重態,5個自旋五重態,和7個自旋七重態。
  • 超固體(Supersolid):處於這種狀態下的固體能毫無摩擦力地流動,空位將成為相干的實體,可以在剩下的固體內不受阻礙地移動,就象超流體一樣。2004年,美國的研究者發現,冷卻後的液態氦出現超固體現象,其他研究者認為氦已經變成了不穩定的量子塑料(Quantum Plasticity)(一種有彈性的超流體)。2016年1月,英國研究者利用鑽石對頂砧製造出某種極端高壓狀態,從而生成「第五狀態氫」,即超固態氫。2025年3月6日,意大利科研團隊首次利用光創造出光超固體切斯特超固體 Chester supersolid團簇型超固體 cluster-type supersolid瞬態超固體 Transient Supersolid雙環超固體 double-ring supersolid二維超固體 Two-Dimensional Supersolid手性晶格超固體 Chiral lattice supersolid蜂窩偶極超固體 honeycomb dipolar supersolid
  • 超玻璃(Superglass):特徵是有限的壓縮性,沒有間隙,但具有無限的超流體敏感性。
  • 超流液晶體(Superfluid Liquid crystal):超流版本的液晶態同時具備超流體和超固體的優勢,可以在保持空間平移不變性的情況下,破缺空間和相位轉動的對稱性。
    • 三重向列序超流體(Potts-Nematic Superfluid):超冷原子在保持晶格平移不變性的情況下形成破缺晶格轉動對稱性的超流體。
  • 超絕緣體(superinsulator):需要接近絕對零度的低溫來表現出看起來無限的電阻率。
  • 玻色液體(Bose liquid):有相互作用的玻色子所組成的體系。
    • 新興玻色液體(emergent Bose liquid ):考慮一個由低維子系統組成的自由流動玻色子的湧現系統。如果由於完美相位干擾,子系統之間的流動在低能量下消失,那麼每個子系統實際上都是斷開的。在零溫度下有一個無間隙絕緣態,它受到量子相完全受挫的保護,當引入有限溫度或弱無序時,量子相會變成金屬相。這種失效絕緣體是由自由移動的玻色子和斷開的子系統之間的維度交叉介導的,為穩定的金屬行為提供了一個普遍的起源。
    • 均勻玻色金屬相(average Bose metal phase):通過在許多相鄰的幾乎自由流動的子系統中引入完美的幾何阻挫,發現了一種介於超流體和絕緣體之間的普遍穩定的玻色金屬相。在溫度或無序的情況下使用無間隙失效絕緣體會立即導致耗散傳輸。在多體基態中,每個被修飾的粒子都被限制在一個平板上,使得低頻電導率和超流體響應在零溫度下沿大致方向消失。在有限溫度下,由於低能量下DOS的抑制,系統是穩定的。
  • 費米液體(Fermi liquid, FL):有相互作用的費米子所組成的體系,在泡利不相容原理影響下,傳統固體材料的物理性質幾乎都可以由電子的費米液體行來描述,遵從費米-狄拉克統計的准粒子在原子核所組成的晶格中流動並對外在的擾動做出響應。1956年朗道提出朗道費米液體理論(Landau Fermi liquid theory),從唯象角度出發構造,並由研究者 Luttinger 和 Nozieres 等發展完善。朗道費米液體理論可以用來描述正常態下低溫的多費米子體系的性質,對於金屬的基本性質給出較為系統的描述。朗道引入了准粒子的概念,將准粒子看成一個真實粒子在其他粒子自洽場中運動,將多體問題轉化成一個單粒子問題。谷極化費米液體 valley-polarized Fermi liquid超冷原子可調諧費米液體 ultracold atoms tunable Fermi liquid非伽利略不變量費米液體 non-Galilean-invariant Fermi liquid三聚體費米液體 trimer Fermi liquid五聚體費米液體 pentamer Fermi liquid
  • 非費米液體(non-Fermi liquid, NFL):不遵循費米液體規則,他們有着隨溫度線性增長的低溫電阻率、無上限的的高溫電阻率、光電導中的無結構連續譜、隨溫度變化的霍爾係數以及強烈相位漲落的超導等等,這些材料在低能下處於一種與費米液體截然不同的量子多體態。非費米液體可能出現在相互作用驅動的金屬-絕緣體相變邊界上,也可能就是低能玻色型漲落與費米子耦合所製造的量子臨界金屬態。還被大家認為是非常規高溫超導的正常態。
    • 湯川-薩奇德夫-葉-基塔耶夫非費米液體(Yukawa-SYK(Sachdev-Ye-Kitaev) non-Fermi liquid, NFL):在1989年,物理學家P. A. Lee就在費米面理論中引入標量場,並將費米子與標量場以隨機強度的Yukawa相互作用,一種費米子(如電子)和標量場之間的相互作用,用模型構造的一種非費米液體系統。
    • 幺正費米氣體(unitary Fermi gases):也叫強相互作用費米氣體 strongly interacting Fermi gas,一種由兩種自旋態的費米子組成的氣體,它們之間有一個短程的吸引相互作用,而且這個相互作用的強度剛好處於一個特殊的點,使得散射長度發散,而有效範圍趨於零。這個特殊的點被稱為共振點,它使得么正費米氣體具有普適性,即它的物理性質不依賴於具體的相互作用細節,而只依賴於一些基本的參數,比如密度、溫度、自旋極化等。可能的非費米液態包括一維相互作用的費米子和超流躍遷上方的么正費米氣體。強相互作用二維費米氣體 strongly interacting two-dimensional Fermi gas平衡費米氣體 equilibrating Fermi gases自旋不平衡費米氣體 Spin-Imbalanced Fermi Gases
    • 邊緣費米液體(marginal Fermi liquid):一種非費米液體,不能為玻爾茲曼-朗道理論描述。
    • 複合費米液體(composite Fermi liquid,CFL):由複合費米子在強磁場中形成的非費米液體。
    • 液態費米液體(liquid Fermi-liquid)
    • 固態費米液體(solid Fermi liquid)
    • 量子臨界金屬(quantum critical metal):低能玻色型漲落與費米子耦合。量子臨界性指的是在絕對零度下,由於量子漲落導致的連續相變狀態。量子臨界點是材料相圖上的一個奇異點,標誌不同量子相之間的轉變。在材料接近QCP時,其電子和磁性特性由於量子漲落而發生顯著變化。在量子臨界金屬中,在QCP附近電子激發的標準描述不再適用,這種准粒子的喪失是量子臨界性的標誌。在量子臨界點,Kondo屏蔽機制崩潰,導致Kondo崩潰現象,這種崩潰是理解准粒子喪失的關鍵。
    • 正交金屬(Orthogonal Metal):二維正方晶格上構造了正交金屬的模型,在格點處存在着正交費米場與伊辛物質場,在格點之間存在着Z2規範場,規範場分別與伊辛物質場和正交費米場通過最小耦合的方式聯繫起來。伊辛物質場和Z2規範場的量子漲落是整個系統相互作用的來源。比熱、磁化率、熱傳導、導電性等性質都很像金屬,唯一不同的就是電子沒有費米面。是非費米液體理論的一種模型實現。而當橫場小於臨界橫場時,我們可以得到正常的費米液體,複合費米子顯示出一個通常的費米面。費米液體金屬相和正交金屬相之間的相變為 Higgs連續相變。
  • 奇異金屬(strange metal):具有高度非常規的電特性,如線性溫度電阻率、隨溫度平方變化的逆霍爾角和線性場磁電阻。在奇異金屬中,當平均自由程下降到晶格常數以下,或者當溫度趨近於零T→0時,電阻率斜率的變化,是難以察覺的,這表明,在低溫度T和高溫度T時,電荷載流子之間的連續性。存在於兩種已知的物質相莫特絕緣自旋玻璃和費米液體之間。當糾纏和不規則的原子結構結合在一起時,它們會產生一種獨特的情況,使得電子無法自由移動,導致金屬表現出異常的違反傳統電學法則的導電性。通過將奇異金屬現象學的範圍擴展到玻色子系統,有一個超越粒子統計的基本原理來控制它們的輸運。
    • 費米子奇異金屬(fermionic strange metal):一般的奇異金屬電荷是由電子攜帶的。純鐵磁籠目晶格奇異金屬 pure ferromagnetic Kondo lattice Strange metal
    • 重費米子金屬(heavy-fermion metal):在低溫下表現出較大的有效電子質量,這是由於導電電子與局域f電子之間的強關聯。接近QCP時,重費米子金屬表現出非費米液體行為。
    • 玻色子奇異金屬(bosonic strange metal):玻色子體系中的奇異金屬的行為,與費米子奇異金屬一樣,庫珀對金屬的電導與溫度呈線性關係。
  • 壞金屬(Bad etals):由於電子散射,典型金屬的電導率會隨着溫度升高而降低,與之相反,壞金屬即使在低溫下,電阻率也會隨着溫度升高而升高(因此電導率會降低)。遷移率較差的極化子的形成是壞金屬行為的關鍵因素。壞極化子金屬 bad polaronic metal、贗間隙壞極化子金屬 pseudogaped bad polaronic metal、極化子金屬 Polaronic metal
  • 量子金屬(Quantum metal):電阻隨溫度下降不變,呈現出低溫電阻平台。
    • 玻色子金屬態(bosonic metallic stater):庫珀對金屬態 Cooper pair metallic stater,磁導量子振盪在超導體-金屬-絕緣體轉變過程中演變,在超導和絕緣狀態之間,檢測到了一種玻色子態的中間異常金屬狀態,其特徵是在低溫下飽和電阻和振盪幅度,相位相干性的飽和在其形成過程中起着重要作用。庫珀對玻色子可以產生金屬行為,它們能以一定的阻力導電。
  • 玻色子超導體(Bosonic Superconductor)玻色子超流體(Bosonic Superfluid):其超流性質可以用玻色-愛因斯坦統計解釋。氦-4(4He),在低於2.17K(−270.98°C)時便會變成超流體,氦-4形成超流態的相變稱為Lambda相變,因它的比熱容對溫度曲線形狀如同希臘字母「λ」一樣。凝聚態物理學中一些相近的相變亦因而叫作Lambda相變。二維玻色子超流體 two-dimensional Bosonic Superfluid波玻色子超流體 -wave bosonic superfluid(玻色手征性波超流體 Bosonic Chiral -Wave Superfluid)、玻色子伽利略不變可壓縮超流體 bosonic Galilean-invariant compressible superfluid自旋軌道耦合玻色超流體 spin-orbit-coupled Bose superfluid
  • 費米子超導體(fermionic Superconductor)費米子超流體(fermionic Superfluid):其超流性質可以用描述超導體的BCS理論解釋,其中,原子代替了電子形成庫柏對(Cooper pair),而它們的吸引作用力調控機制由自旋波動(Spin fluctuation)代替了聲子。氦-3(3He),在更低的2.6mK成為超流體。氦-3與氦-4兩個系統的超流體本質不同。二維費米子超流體 two-dimensional fermionic superfluid強相互作用費米超流體 strongly interacting Fermi superfluid自旋軌道耦合費米超流體 spin-orbit-coupled Fermi superfluids費米子晶格超流體 fermionic lattice superfluidBCS型費米超流體 BCS fermi superfluid費米子波超流體 fermionic -wave superfluid幺正費米超流體 unitary Fermi superfluid一維拉曼型自旋軌道耦合費米超流體 one-dimensional Raman-type spin–orbit coupling Fermi superfluid
  • 玻色-費米超流體混合物(Bose-Fermi Superfluid Mixture)
  • 費米絕緣體(Fermi insulator):絕緣行為由單粒子激發(費米子)主導(如Anderson或Mott絕緣體)。當施加的磁場超過某個臨界值時,准二維超導體中的零溫磁場驅動的超導體-絕緣體躍遷預計會發生,在絕緣相中存在費米絕緣體到玻色絕緣體的交叉,在超導體中存在BCS到BEC的交叉,超導體-絕緣體躍遷總是從玻色絕緣體到BEC樣超導體,費米子的能隙在超導體-絕緣體躍遷中保持有限。
  • 玻色絕緣體(Bose insulator):絕緣行為由局域化的玻色子(如庫珀對)主導,庫珀對因相位漲落或渦旋釘扎而失去長程相干性,但仍以束縛態存在。
    • 庫珀對絕緣相(Cooper pair insulator):庫珀對作為玻色子因強無序或量子漲落而局域化,導致系統失去超導性但仍保留配對能隙。
  • 費米子帶絕緣體(fermionic band insulator):在准二維超導體中的超導體-絕緣體躍遷出現。
  • 玻色子霍爾丹絕緣體(Bosonic Haldane insulator):量子自旋-1鏈的霍爾丹帶隙相中存在類似性質。一維霍爾丹絕緣體 One-dimensional Haldane Insulator霍爾丹玻色絕緣體 Haldane Bose insulator
  • 費米玻璃(Fermi glass):二維超導材料經歷從局域態到超導性的量子相變。當無序樣品冷卻時,費米玻璃會產生玻色子(庫珀對),並通過玻色玻璃達到超導性。
    • 邊緣費米玻璃(marginal Fermi glass):弛豫是由強無序和強電子相互作用的相互作用驅動,
  • 玻色玻璃(Bose glass):絕緣但可壓縮的量子態,沒有長程相位相干性,出現在無序玻色子系統中。在弱相互作用狀態下,所有玻色子都位於最低電勢最小值,在這種系統中添加小的排斥相互作用會導致玻色子溢出到其他低洼的軌道中,以最小化相互作用能量。這種機制也被稱為安德森玻璃(Anderson glass)或利夫希茨玻璃(Lifshitz glass),隨着相互作用或密度的增加,從而增加了化學勢,這些最初孤立的軌道將形成局部的超流水坑,最終合併成一個全局的超流相。二維玻色玻璃 two-dimensional Bose glass利布-林內格玻色玻璃 Lieb-Liniger Bose glass
  • 非中性等離子晶體(non-neutral plasmas Crystal):低溫非中性等離子體(Cryogenic non-neutral plasmas),當非中性等離子體冷卻到低溫時,它不會像中性等離子體那樣重新結合成中性氣體,因為沒有帶相反電荷的粒子可以重新結合,該系統成為新型的強耦合非中性物質狀態,由單一電荷物質組成的等離子體晶體。實驗在激光冷卻至毫開爾文溫度範圍的純鈹離子等離子體中觀察到了這種晶體狀態。當少量離子被激光冷卻時,它們會形成結晶的「庫侖簇」。集群的對稱性取決於外部約束場的形式。
  • 物質隱藏態(Hidden states of matter, H state):在遍歷條件下無法達到的物質狀態,因此與已知的材料熱力學相不同。例如存在於凝聚態系統中,通常由激光光激發產生的非遍歷條件達到。使用超短激光脈衝撞擊固態物質,系統可能會失去平衡,因此不僅各個子系統彼此之間會失去平衡,而且內部也會失去平衡。在這樣的條件下,可能會產生新的物質狀態,而這些狀態在平衡、遍歷系統演化下是無法達到的。這種狀態通常不穩定且衰減非常快,通常在納秒或更短的時間內。難點在於區分真正的隱藏狀態和僅僅脫離熱平衡的狀態。
  • 隱藏序(Hidden order):存在於物質的平衡狀態,但不是立即顯現或不容易觀察到的。

超冷原子氣

[編輯]
  • 超冷玻色-愛因斯坦凝聚態(Bose-Einstein condensate,BEC):1995年JILA的Eric Corne和Carl Wieman組在銣-87原子云,Rice大學的Randy Hulet小組在鋰-7原子云和MIT的Wolfgang Ketterle小組在鈉-23原子云里分別觀察到玻色-愛因斯坦凝聚。1998,Fried等人實現了自旋極化氫原子的玻色-愛因斯坦凝聚。在實驗上已經實現了玻色-愛因斯坦凝聚態的原子有銣元素的兩種天然同位素:銣-87 和銣-85,鈉元素的同位素鈉-23,鋰的同位素鋰-7,自旋極化的氫原子,亞穩態的氦-4,鉀元素的同位素鉀-41,銫元素的天然同位素銫-133,以及稀土元素中釔元素的同位素釔-174。2004年中國研究人員李朝紅實現。2017年2月中國研究人員清華大學尤力研究組實現量子糾纏的雙數態原子玻色-愛因斯坦凝聚體(Twin-Fock Atomic Bose-Einstein condensates),這是一種原子在兩個模式上具有同等粒子數的多體糾纏狄拉克態。稀薄原子氣體玻色-愛因斯坦凝聚體 dilute atomic gas Bose-Einstein condensates稠密原子氣體玻色-愛因斯坦凝聚體 dense atomic gas Bose-Einstein condensates中性原子玻色-愛因斯坦凝聚體 neutral atomic Bose-Einstein condensate三維原子玻色-愛因斯坦凝聚體 three-dimensional atomic Bose-Einstein condensates分子玻色-愛因斯坦凝聚體 molecular Bose-Einstein condensates雙原子分子玻色-愛因斯坦凝聚體 diatomic molecules Bose-Einstein condensates准一維玻色-愛因斯坦凝聚體 quasi-one-dimensional Bose-Einstein condensates准二維玻色-愛因斯坦凝聚體 Quasi-two-dimensional Bose-Einstein condensates軸對稱玻色-愛因斯坦凝聚體 Axisymmetric Bose-Einstein Condensates環玻色-愛因斯坦凝聚體 Ring Bose-Einstein condensates環形玻色-愛因斯坦凝聚體 toroidal Bose-Einstein condensates環狀玻色-愛因斯坦凝聚體 annular Bose-Einstein condensates准二維環形玻色愛因斯坦凝聚體 quasi-two-dimensional ring-shaped Bose-Einstein condensates雙環玻色-愛因斯坦凝聚體 Double-Ring Bose-Einstein Condensates圓柱形玻色-愛因斯坦凝聚體 cylindrical Bose-Einstein condensates殼形玻色-愛因斯坦凝聚體 Shell-shaped Bose-Einstein condensates扁圓形玻色-愛因斯坦凝聚態 oblate Bose-Einstein condensate細長玻色-愛因斯坦凝聚體 elongated Bose-Einstein condensates雙帶玻色-愛因斯坦凝聚體 two band Bose-Einstein condensates
    • 自旋旋轉玻色-愛因斯坦凝聚體 Spin rotating Bose-Einstein Condensates自旋-1/2 玻色-愛因斯坦凝聚體 Spin-1/2 Bose-Einstein Condensates自旋-1 玻色-愛因斯坦凝聚體 Spin-1 Bose-Einstein Condensates自旋-3/2 玻色-愛因斯坦凝聚體 Spin-1/2 Bose-Einstein Condensates自旋-2 玻色-愛因斯坦凝聚體 Spin-1 Bose-Einstein Condensates准二維鐵磁自旋-1 玻色-愛因斯坦凝聚態 quasi-two-dimensional ferromagnetic spin-1 Bose-Einstein condensates單自旋玻色-愛因斯坦凝聚體 Single-Spin Bose-Einstein Condensates一維人工自旋軌道耦合玻色-愛因斯坦凝聚體 one-dimensional artificial Spin–orbit-coupled Bose–Einstein condensates二維自旋軌道耦合玻色-愛因斯坦凝聚體 Two-dimensional Spin-orbit Coupling for Bose-Einstein condensates自旋軌道耦合旋量玻色-愛因斯坦凝聚體 spin-orbit-coupled spinor Bose-Einstein condensates自旋軌道角動量耦合玻色-愛因斯坦凝聚體 spin-orbital-angular-momentum-coupled Bose-Einstein condensates自旋軌道耦合自旋-2 旋量玻色-愛因斯坦凝聚體 spin-orbit-coupled spin-2 spinor Bose-Einstein condensates拉什玻色子玻色-愛因斯坦凝聚體 rashbon Bose-Einstein condensates(由 Rashba 規範場決定的玻色子-拉什玻色子 rashbons)、拉什巴自旋軌道耦合自吸引玻色-愛因斯坦凝聚體 Rashba spin-orbit-coupled self-attractive Bose-Einstein condensates拉什巴型自旋軌道耦合雙層玻色-愛因斯坦凝聚體 Rashba Rashba-type spinorbit coupling bilayer Bose-Einstein condensates二維拉什巴自旋軌道耦合玻色-愛因斯坦凝聚態 two-dimensional Rashba spin-orbit couplings Bose-Einstein condensates一維拉什巴-崔瑟豪斯自旋軌道耦合玻色-愛因斯坦凝聚體 One-Dimensional Rashba-Dresselhaus spin-orbit-coupled Bose-Einstein condensates准二維拉什巴-崔瑟豪斯自旋軌道耦合玻色-愛因斯坦凝聚體 quasi-two-Dimensional Rashba-Dresselhaus spin-orbit-coupled Bose-Einstein condensates二維拉什巴-崔瑟豪斯自旋軌道耦合玻色-愛因斯坦凝聚體 two-Dimensional Rashba-Dresselhaus spin-orbit-coupled Bose-Einstein condensates自旋軌道耦合四極玻色-愛因斯坦凝聚體 spin-orbit coupling quadrupolar Bose-Einstein condensates自旋軌道拉比耦合密集玻色-愛因斯坦凝聚體 spin-orbit and Rabi couplings dense Bose-Einstein condensates二維C4對稱性狄拉克型自旋軌道耦合玻色-愛因斯坦凝聚體 two-dimensional C4 symmetry Dirac type spin-orbit couplings Bose-Einstein condensates三維外爾型自旋軌道耦合玻色-愛因斯坦凝聚體 thatree-dimensional Weyl type spin-orbit couplings Bose-Einstein condensates二維旋轉玻色-愛因斯坦凝聚體 Two-dimensional rotational Bose-Einstein condensates旋轉旋量玻色-愛因斯坦凝聚態 rotating spinor Bose-Einstein condensates旋量 F=1 玻色-愛因斯坦凝聚體 Spinor F=1 Bose-Einstein Condensates旋量 F=2 玻色-愛因斯坦凝聚體 Spinor F=2 Bose-Einstein Condensates自旋軌道耦合 F=2 玻色-愛因斯坦凝聚體 Spin-Orbit Coupled F=2 Spinor Bose Einstein Condensates旋轉里德伯-修飾玻色-愛因斯坦凝聚體 Rotating Rydberg-dressing Bose-Einstein condensates旋轉單原子玻色-愛因斯坦凝聚體 rotating single atomic Bose-Einstein condensates旋轉原子分子玻色-愛因斯坦凝聚體 Rotating atomic-molecular Bose-Einstein condensates螺旋自旋軌道耦合玻色-愛因斯坦凝聚體 helicoidal spin-orbit coupling Bose-Einstein condensates里德伯綴飾玻色氣體 Rydberg-dressed Bose gas自旋軌道耦合平均場玻色氣體 Spin-orbit-coupled mean-field Bose gas拉曼自旋軌道耦合玻色氣體 Raman spin-orbit-coupled Bose gases自旋軌道耦合玻色氣體 spin-orbit-coupled Bose gas拉比耦合玻色氣體 Rabi-coupled Bose gases軌道玻色氣體 dilute -orbital Bose gas
    • 偶極玻色-愛因斯坦凝聚體 dipolar Bose-Einstein condensates反偶極玻色-愛因斯坦凝聚體混合物 antidipolar Bose-Einstein condensates三維偶極玻色-愛因斯坦凝聚體 three dimensional dipolar Bose-Einstein condensates自旋軌道耦合偶極玻色-愛因斯坦凝聚體 Spin-Orbit-Coupled Dipolar Bose-Einstein Condensates拉什巴自旋軌道耦合偶極玻色-愛因斯坦凝聚體 Rashba Spin-Orbit-Coupled Dipolar Bose-Einstein condensates旋量偶極玻色-愛因斯坦凝聚體 spinor dipolar Bose-Einstein condensates鐵磁性偶極旋量玻色-愛因斯坦凝聚體 ferromagnetic dipolar spinor Bose-Einstein condensates非偶極玻色-愛因斯坦凝聚體混合物 nondipolar Bose-Einstein condensates mixture二元反偶極玻色-愛因斯坦凝聚體 binary antidipolar Bose-Einstein condensates(反偶極和非偶極BEC混合物)
    • 多組分玻色-愛因斯坦凝聚體 multicomponent Bose-Einstein condensates雙組分玻色-愛因斯坦凝聚體 dual-species Bose-Einstein condensates(費米-玻色混合物 Fermi-Bose mixture)、雙組分原子玻色-愛因斯坦凝聚體 two-component atomic Bose-Einstein Condensates相干耦合雙組分玻色-愛因斯坦凝聚體 coherently coupled two-component Bose-Einstein condensates自旋-1/2 雙組分玻色-愛因斯坦凝聚體 spin-1/2 two-component Bose-Einstein condensates自旋-1 三組分玻色-愛因斯坦凝聚體 spin-1 three-component Bose-Einstein condensates可混溶多組分玻色-愛因斯坦凝聚體miscible multicomponent Bose-Einstein Condensates二維二元玻色-愛因斯坦凝聚態 two-dimensional binary Bose-Einstein condensates三組分超冷玻色氣體 Three-Component Ultracold Bose Gas
  • 超冷費米-狄拉克凝聚態(Fermionic - Dirac condensate):1999年JILA的Jin小組成功將鉀-40原子冷卻到300nk,CCD成像顯示超冷原子云有類殼層結構,是一個服從費米-狄拉克統計的宏觀客體。2004年該研究小組利用費什巴赫(Feshbach)共振技術實現了強相互作用的簡併費米氣體(Degenerate Fermi Gas,DFG)一維費米氣體 One-dimensional fermionic gas二維費米氣體 Two-dimensional fermionic gas三維費米氣體 Three-dimensional fermionic gas自旋軌道耦合簡併費米氣體 Spin-Orbit Coupled Degenerate Fermi Gases(一維、二維、三維)、雙層自旋軌道耦合簡併費米氣體 bilayer spin-orbit-coupled degenerate Fermi gases相等拉什巴-崔瑟豪斯自旋軌道耦合費米氣體 equal Rashba-Dresselhaus (ERD) spin-orbit coupling Fermi gas一維三組分自旋軌道耦合費米氣體 one-dimensional Three-component spin-orbit coupling Fermi gases三種混合物費米氣體 three-species mixtures Fermi gases、二維超冷合成自旋軌道耦合費米氣體 two-dimensional ultracold synthetic spin-orbit coupling Fermi gas三維拉什巴自旋軌道耦合費米氣體 three-dimensional Rashba Spin-Orbit Coupled Fermi Gases自旋軌道耦合原子費米氣體 spin-orbit-coupled atomic Fermi gases自旋軌道耦合極化費米氣體 spin-orbit coupling polarized Fermi gas自由雙組分費米氣體(或稱凝膠) free two-component Fermi gas (or jellium)超冷雙組分費米氣體 ultracold two-component Fermi gas極化費米氣體 polarized Fermi gas自旋極化簡併費米氣體 spin-polarized degenerate Fermi gas強關聯二維費米氣體 strongly correlated two dimensional Fermi gas強相互作用費米氣體 strongly interacting Fermi gas強相互作用准二維費米氣體 strongly interacting quasi-two-dimensional Fermi gas
  • 冷原子超流體(ultracold atomic Superfluid):冷原子超流體和液氦超流體的不太一樣,冷原子的低溫狀態是通過激光冷卻和磁阱蒸發冷卻控制的,把原子束縛住,原子熱運動動能減小,相應的溫度降低。當勢阱很低時,原子可以按相同的動量向某個方向自由移動,系統形成超流相。與液氦相比,超冷原子具有無與倫比的可控性與純淨性,已逐漸成為實現並研究超流體最為理想的物理體系。2002年,德國科學家實現銣原子氣體超流體態與絕緣態可逆轉換。2005年,MIT的Ketterle小組利用鋰原子實現了費米超流體(Fermi Superfluid),並觀測到量子渦旋晶格。2024年中國復旦大學的陳焱研究團隊發現在一維玻色-費米哈伯德模型混合物中,當兩種粒子存在顯著的質量與密度不平衡時,出現了一個手性超流體(chiral Superfluid,CSF)。在該相中,玻色子在鏈長L下以非零動量 凝聚。2025年觀察到低溫條件下氫團簇分子超流體(hydrogen clusters molecular superfluidity),當氫聚集至15至20個時,整個團簇表現出近乎完美的超流性。拉什玻色子超流體 Rashbon superfluids二維軟核玻色子超流體 two-dimensional soft-core bosons Superfluid二維軟核玻色子六方超流體 two-dimensional soft-core bosons hexatic Superfluid同步超流體 synchronized superfluid離域超流體 delocalized superfluid原子區域超流體 Atomic Regional Superfluid原子手性超流體 atomic chiral superfluid自旋不平衡超流體 Spin-Imbalanced Superfluid均勻平面超流體 Homogeneous planar superfluids極化分子超流體 polarized molecular superfluid極化共振配對超流體 polarized resonantly-paired -wave superfluids平帶超流體 band superfluid不變量超流體 invariant superfluid
    • 配對超流體 pairing superfluid費米配對超流體 Fermi pairing Superfluid混合配對超流體 mixed pairing superfluidBCS配對超流體 Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) pairing superfluidFFLO配對超流體 Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov superfluid (FFLO) pairing superfluidBCS+FFLO配對超流體 BCS+FFLO pairing superfluid
    • 四聚體超流體(Quartet superfluid,OSF):是一種費米子超流體,表現出超越傳統BCS配對範式的高階關聯性。由一個輕原子和三個重費米子組成的四重態束縛態的形成以往在不同物理體系中已經有一些研究,例如自旋3/2的四分量費米體系、核物理中的alpha粒子凝聚體、雙激子凝聚體,以及charge-4e超導體等。
    • 可重入超流體(Reentrant Superfluidity):二維-三維混合維度費米冷原子氣體下的理論形式,因為維度效應引發了兩種組分費米面的高度失配,當晶格常數比較小的時候,系統在某個中間強度的相互作用區間內(BCS與深BEC區之間)出現。
    • 量子限域超流體(Quantum-confined superfluid):生物孔道中離子和分子以單鏈的量子方式快速傳輸,限域孔道內離子和分子的有序超流為「量子隧穿流體效應」,該「隧穿距離」與量子限域超流體的周期相一致。仿生人工體系也存在量子限域超流體現象。
    • 多味玻色子超流體(Multi-flavor bosonic Superfluid):將超冷原子從第零激髮帶到第一激發布洛赫帶,可以實現新的多味玻色哈伯德哈密頓量。這裡的「味」(flavor)指的是不同的粒子種類或狀態,可能對應於原子在不同布洛赫帶或不同方向上的激發狀態。當原子被激發到第一布洛赫帶時,其波函數的節點平面(nodal plane)會沿特定方向(如x、y、z)分布。一維單味玻色子超流體 single-flavors bosonic Superfluid二維雙味玻色子超流體 2D two-flavors bosonic Superfluid三維三味玻色子超流體 3D three-flavors bosonic Superfluid
  • 玻色-費米雙超流體(Bose-Fermi Dual Superfluids):研究者一直希望將具有不同統計性質的兩種液氦混合在一起,以期能實現這一量子物態。由於氦原子之間的相互作用太強,將液氦冷卻至100μK以下,仍然無法實現氦-3和氦-4的雙超流。2016年中國科學技術大學潘建偉團隊實現了包含150萬鋰-6原子和18萬鉀-41原子的質量不平衡玻色和費米超流體混合物(Mass-Imbalance Bose and Fermi Superfluid Mixture),並在該雙超流體中成功地產生和觀測到玻色—費米量子渦旋晶格。氦-4和氦-3都屬於氦原子,質量平衡,在質量不平衡的不同原子狀態下實現雙超流難度更大。
  • 鍵代數液體(bond algebraic liquid):當冷原子被困在方形或立方體晶格中時,將原子泵浦到激發態每個井內的水平-軌道,每個位置上有整數個玻色子,由於對稱性的出現,該相的無間隙性質得以穩定,從而導致准一維行為。在代數液相中,鍵算子和粒子味占據數算子都具有在空間和時間上代數衰減的相關性。
  • 超流固體(Superfluid solid):可以(在保持自身形狀,不發生形變的情況下)完成完全無摩擦的運動,同時具有固體與流體的特徵。像固體一樣保留剛性結構;像超流體晶格內的原子必須能夠在位置之間無阻力流動。類似氦超低溫形成的超固體。2017年,麻省理工學院(MIT)沃爾夫岡·克特爾勒領導的團隊利用鈉原子和蘇黎世的瑞士量子電子研究所(IQE)的團隊利用銣原子分別實現。
  • 超流准晶體(superfluid quasicrystal)二維軟核玻色子超固體 two-dimensional soft-core bosons Supersolid
  • 超流氣體(Superfluid gas):在低溫下擁有超流動性的氣態原子,可以自由流動沒有阻力,超流是指沒有任何阻力和摩擦的物質狀態。
    • 超流玻色氣體(Superfluid Bose gases):玻色氣體超流相,原子蒸汽中玻色-愛因斯坦凝聚這種弱相互作用的多粒子系統成為一種理想的研究超流性和宏觀量子現象的模型。
    • 超流費米氣體(Superfluid Fermi gases):冷原子氣體在相互作用多體系統中引起了豐富的超流相。新的研究對自旋軌道耦合的冷費米氣體提出了一系列新奇的量子相,包括空間各項異性的超流, 由橫向磁場引起的Fulde-Ferrell (FF)配對超流, 以及縱向磁場驅動的基於Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)配對的拓撲超流。破壞時間反演的拓撲超流態由拓撲整數來進行分類。拓撲量子數為奇數的拓撲超導的量子渦旋裡面有奇數個馬約拉納費米子,此類拓撲態的准粒子滿足非阿貝爾統計,並且由於具有非局域的拓撲性,可以抵抗局域的噪聲干擾,所以已經有方案指出可以利用這些優勢來做拓撲量子計算。p+ip超導是常見的破壞時間反演不變對稱性的拓撲超導。在弱配對相裡面,p+ip的手征超導體在邊界上具有手征性的馬約拉納邊緣態。超流體費米氣體 Superfluid fermi gas超流體幺正費米氣體 Superfluid unitary fermi gas自旋不平衡超流體費米氣體 Spin-Imbalanced Superfluid Fermi Gas
  • 磁性費米氣體(Magnetism Fermi gas):麻省理工學院的研究人員利用紅外線激光束捕獲超冷鋰原子氣團,將其冷卻到僅比絕對零度高億分之十五開爾文。當逐漸增加原子間排斥力時,觀察到的現象表明氣體已經變得具有強磁性。離域費米子的流動鐵磁性在沒有晶格和能帶結構的情況下是可能的,並驗證了斯托納提出的最基本的鐵磁性模型。
  • 量子氣體(quantum gas)拉曼修飾贗自旋-1自旋軌道耦合量子氣體 Raman-dressed pseudospin-1 spin-orbit-coupled quantum gas多組分量子氣體 Multi-component quantum gases旋轉量子氣體 rotating quantum gas快速旋轉量子氣體 rapidly rotating quantum gas
    • 費米-費米混合物(Fermi-Fermi mixtures)量子簡併費米-費米混合物 quantum degenerate Fermi-Fermi mixtures雙簡併費米混合物 Double-degenerate Fermi mixtures、、強相互作用費米混合物 strongly interacting Fermi mixtures二維質量不平衡費米混合物 Two-Dimensional Mass-Imbalanced Fermi Mixtures
    • 玻色-玻色混合物(Bose-Bose mixtures)一維對稱玻色-玻色混合物 one-dimensional symmetric Bose-Bose mixtures相互作用玻色-玻色混合物 interacting Bose-Bose mixtures弱相互作用玻色-玻色混合物 Weakly-Interacting Bose–Bose Mixtures排斥性玻色-玻色混合物 Repulsive Bose-Bose mixtures自束縛超稀玻色-玻色混合物 self-bound ultradilute Bose-Bose mixtures諧波囚禁玻色-玻色混合物 Harmonically trapped Bose–Bose mixtures二元玻色-玻色混合物 binary Bose-Bose mixtures稀玻色氣體二元混合物 dilute bose gases Binary mixtures螺旋自旋軌道耦合玻色-玻色混合物 helicoidal spin-orbit coupled Bose-Bose mixture原子-分子玻色混合物 atom-molecule Bose mixtures
    • 玻色-費米混合物(Bose-Fermi Mixtures)簡併玻色-費米混合物 Degenerate Bose-Fermi Mixtures量子簡併原子玻色-費米混合物 quantum degenerate atomic Bose-Fermi mixtures准一維玻色-費米混合物 Quasi-one-two-dimensional Bose-Fermi mixtures准二維玻色-費米混合物 quasi-two-dimensional Bose-Fermi mixtures強相互作用玻色-費米混合物 Strongly interacting Bose-Fermi mixtures4-ε維度強相互作用玻色-費米混合物 4-ε dimensions Strongly interacting Bose-Fermi mixtures弱相互作用玻色-費米混合物來 weakly interacting Bose-Fermi mixture二聚體-費米子混合物 Dimer–fermion mixture三聚體-二聚體-費米子混合物 Trimer–dimer–fermion mixture可調玻色-費米和費米-費米混合物 tunable Bose-Fermi and Fermi-Fermi mixtures量子簡併玻色-費米混合物 quantum degenerate Bose-Fermi mixtures共振玻色-費米混合物 resonant Bose-Fermi mixtures
    • 固體玻色-費米混合物中 solid-state Bose-Fermimixtures
    • 量子液滴(Quantum droplet)量子液滴分子 Quantum droplet molecules超稀自束縛量子液滴 Ultradilute self-bound quantum droplets
  • 量子准晶體(Quantum QuasiCrystal):由極低溫度下的量子粒子形成准晶體結構。
    • 玻色子量子准晶體(Bosonic Quantum QuasiCrystal):准晶體結構由極低溫度下的量子玻色子粒子形成,這是一種玻色子特有的宏觀量子現象與准晶體獨特的結構特性相互交織的狀態。玻色子量子八邊形准晶體 Bosonic Quantum octagonal QuasiCrystal玻色子量子十邊形准晶體 Bosonic Quantum decagonal QuasiCrystal玻色子量子十二邊形形准晶體 Bosonic Quantum dodecagonal QuasiCrystal
  • 超輻射相(superradiant phase):兩組量子粒子突然開始以高度協調的方式集體振動,而且重點是完全沒有外部觸發因素。磁振子超輻射相 Magnon Superradiant Phase孤子超輻射相 Solitons Superradiant Phase
  • 量子鐵磁流體(Quantum ferrofluids):是由偏振的偶極子(電偶極子或磁偶極子)組成的超流體量子氣體(superfluid quantum gases)。這種偶極子之間打破對稱的相互作用預計會導致新的物理現象。來自斯圖加特大學的一個研究小組用原子之間的強各向異性磁性偶極子-偶極子相互作用成功生成了一個鉻玻色-愛因斯坦凝聚態,它誘使該氣體雲的縱橫比發生顯著變化。
  • 偶極量子氣體(dipolar quantum gas):由具有電偶極矩或磁偶極矩的的原子、分子或極性粒子組成的量子多體系統,在極低溫(接近絕對零度)下表現出顯著的量子力學效應。其核心特徵在於粒子間存在長程各向異性相互作用。磁偶極量子氣體中 magnetic dipolar quantum gases
    • 偶極玻色子量子氣體(dipolar bosonic quantum gases)偶極玻色氣體 dipolar Bose gas,由具有電偶極矩或磁偶極矩的玻色子組成的量子氣體,在極低溫度下表現出量子力學效應。這些偶極相互作用是長程和各向異性的,與傳統的短程接觸相互作用不同。傾斜偶極玻色子 Tilted dipolar bosons
    • 偶極量子費米氣體(Dipolar Quantum Fermi gas):由具有電偶極矩或磁偶極矩的的費米子組成的量子多體系統,在極低溫下表現出獨特的量子行為。其核心特徵在於粒子間的長程各向異性相互作用,與傳統費米氣體的短程接觸相互作用不同。偶極相互作用的方向依賴性導致粒子間作用力隨空間取向變化,當偶極子平行排列時表現為吸引力,反平行時為排斥力。2012年美國研究者用金屬創造出,該費米子氣體具有晶體和超流體二者看似矛盾的特徵,有望據此發現量子液晶(Quantum liquid Crystal)或超固體。中國研究者提出了三維偶極費米氣體(Three-Dimensional Dipolar Fermi Gas)組成的外爾超流體(Wely Superfluidity)。排斥超冷偶極費米氣體 repulsive ultracold dipolar Fermi gas
  • 偶極量子液體(Dipolar quantum Liquid):與具有各向同性庫侖排斥的簡單電子氣不同,偶極-偶極相互作用引入了固有的方向性,並可能導致各種豐富的相和激發。在足夠高的密度和溫度下,系統表現為液體,其特徵在於短程有序但缺乏長程平移或取向有序。二維偶極量子液體 Two-Dimensional Dipole Liquid二維類原子相互作用偶極量子液體 two-dimensional atomic-like interacting dipolar quantum liquid激子暗高密度偶極液體 Excitons Dark High Density Dipolar Liquid條紋偶極液態 striped Dipolar liquid稀磁偶極量子液體 dilute magnetic Dipolar quantum liquid
  • 偶極量子混合物(Dipolar Quantum Mixtures):2018年首次實現高磁性鉺和鏑原子的異核偶極量子混合物。包括二元玻色-愛因斯坦凝聚態(binary Bose-Einstein condensation)和一種鉺和-鏑-玻色-費米混合物(Er-Dy Bose-Fermi mixture)。偶極量子簡併費米玻色原子混合物(Dipolar quantum degenerate Fermi-Bose atomic mixture)
  • 偶極量子流體(Dipolar quantum fluid):量子漲落主導的動力學行為,且粒子間存在長程各向異性相互作用。
  • 偶極量子固體(Dipolar quantum solids):在光學晶格或強關聯體系中,由偶極相互作用驅動的周期性有序態,兼具晶格對稱性與量子漲落效應。
  • 偶極超流體(Dipolar Superfluid)偶極超固體(Dipolar supersolids):偶極超流體表現為無粘性流動與量子化環流,是超固體與液滴的母相。偶極超固體結合了固體和超流體特性的狀態,同時破缺平移對稱性與超流對稱性的量子態,兼具與無摩擦流動特性。二元偶極超固體 Binary Dipolar Supersolid偶極超固體條紋態 Dipolar supersolid striped state
  • 偶極量子液滴(dipolar quantum droplets):由偶極相互作用與量子漲落共同穩定的自束縛量子態,兼具超流性和類液體可壓縮性。
  • 費米-哈伯德氣體(Fermi-Hubbard gas)哈伯德晶格氣體(Hubbard lattice gas),哈伯德模型費米子完全配對是通過整體自旋漲落,隨着吸引力的增加而消失。
  • 利布-林內格氣體(Lieb-Liniger Gass):1963年利布(E. H. Lieb)和林內格(W. Liniger)研究了具有接觸相互作用的玻色子組成的一維均勻(無外勢)多體系統的 Lieb-Liniger 模型。
  • 利布-林內格准晶體(Lieb-Liniger quasi-crystal):擴展 Lieb-Liniger 模型出現的相態。
  • 唐克斯-吉拉多氣體(Tonks-Girardeau gas):費米化的玻色子氣體,一維硬核玻色氣體 1D Bose gas,由全同粒子組成的玻色系統,當體系滿足一維且粒子之間呈短程的強排斥作用。2004年,美國和德國兩個小組分別在實驗上成功製備和觀測到強相互作用極限下的准一維的量子氣體(Tonks-Girardeau gas)。他們的實驗驗證了強排斥作用極限下玻色TG氣體(硬核玻色氣體)具有費米氣體的某些特徵,得到了同理論符合非常好的結果。
  • 超級唐克斯-吉拉多氣體(super Tonks-Girardeau gas (sTG)):一維偶極氣體 1D dipolar gas,是一維體系獨有的一類高度激發態,是具有吸引相互作用的粒子形成的氣態,因其具備比硬核的Tonks-Girardeau 極限更強的關聯效應和更高的排斥能。由強磁性的鏑原子組成的氣體中,外加磁場產生的偶極相互作用(dipole-dipole interaction)會使原子趨於沿磁場方向排列(θ=0),從而抵禦塌縮。即使偶極相互作用的強度遠小於系統原本的接觸相互作用(contact interaction),塌縮也不會發生。當偶極相互作用變為排斥時(θ=π/2),系統依然可以保持穩定。反覆調節相互作用,原子可以逐漸向高能態運輸,類似於量子阿基米德螺旋泵。實現了物理系統中的量子全息(quantum holonomy)。
  • 費米超唐克斯-吉拉多氣體(Fermi super Tonks-Girardeau gas):硬核玻色-費米混合物 hard-core Bose-Fermi Mixtures,在強吸引極限下,配對的費米子形成束縛態。一維自旋1/2的費米氣體中仍存在穩定的不配對氣體相。假如系統的初始狀態處在強排斥一端,系統的基態是沒有配對的費米氣體。如果我們突然通過Feshbach共振將原子之間的相互作用調節到強相互吸引一端,系統將處於一個沒有配對的稱為費米超TG氣體相的高激發態上。強吸引的一維自旋1/2的費米氣體的基態實際上可由等效的質量為二倍的複合玻色氣體的超TG氣體相描述。這些複合玻色子(費米對)之間存在等效的強吸引作用,而不是等效的排斥作用。
  • 葉菲莫夫三聚體(Efimov trimers):葉菲莫夫三體束縛態(Efimov three-body bound state),三個全同粒子可能形成一個稀疏的三體束縛態,20世紀70年代,蘇聯物理學家維塔利·葉菲莫夫(Vitaly Efimov)就預言:即使任意兩個某種原子難以相互結合在一起,三個這種原子依然可以形成一種鬆散的束縛態。2006年,奧地利因斯布魯克大學的科學家Hanns-Christoph Nägerl領導的研究小組在冷卻到10nK的銫原子氣中,首次發現了這種束縛態,這種束縛態只出現在玻色子(指具有整數倍而非半整數倍自旋值的微觀粒子)中,僅存在於短程相互作用中。進一步的科學計算發現,如果相互作用每增加22.7倍,就會出現一個大22.7倍的新葉菲莫夫態。當相互作用趨於無窮大時,這一系列葉菲莫夫態的束縛能形成一串幾何級數。每個葉菲莫夫態附近,還存在相關的四體、五體甚至更多粒子形成的束縛態。葉菲莫夫四聚體 Efimov tetramers葉菲莫夫五聚體 Efimov pentamer
    • 超葉菲莫夫三聚體(super Efimov trimers):高激發態的空間擴展呈雙指數增長。
    • 半超葉菲莫夫四聚體(Semisuper Efimov tetramers):當二體相互作用不存在但三體相互作用共振時,四個玻色子表現出無限的束縛態塔。
    • 新類三體態(New Class of Three-Body state):長程相互作用下,當原子受到非常弱的平方反比勢能調製時,就應該會出現玻色子三體原子束縛態。當三個費米子具有相同的自旋方向時,也會出現三體束縛態。
    • 葉菲莫夫重輕混合物(Efimov heavy-light mixtures):N+1個非相互作用的相同重玻色子的少體性質,由N個玻色子和一個具有正散射長度的可區分粒子組成的N+1體系統,這些重玻色子通過大的s波散射長度與輕雜質相互作用。一個足夠輕的原子能很容易綁定N個重費米子形成(N+1)束縛態。源於輕原子運動所誘導的重費米子之間的長程有效吸引力,當這種吸引力(依賴於重輕質量比)超過重費米子間的P波動能勢壘時,束縛態就會形成。
      • 異核葉菲莫夫三聚體(Heteronuclear Efimov trimers):2+1 三聚體,三體葉菲莫夫效應 Three-body Efimov effect,由兩個玻色子和一個具有正散射長度的可區分粒子組成的三體系統,三體散射閾值處的三體參數和連續Efimov共振之間的標度因子受兩個玻色子之間的散射長度控制,與短程物理學近似無關。
      • 異核葉菲莫夫四聚體(Heteronuclear Efimov tetramers):3+1 四聚體,四體葉菲莫夫效應 Four-body Efimov effect,質量差比不大時的純四葉菲莫夫效應(purely four-body Efimov effect),不含葉菲莫夫三聚體的弱結合四聚體(weakly bound tetramers)。
      • 異核葉菲莫夫五聚體(Heteronuclear Efimov Pentamer):4+1 五聚體,五體葉菲莫夫效應 Five-Body Efimov Effect
  • 里德伯態(Rydberg matter):屬於強力的非理想等離子的其中一種介穩定狀態,當電子處於很高的激發態後冷凝而形成。當到達某個溫度時,這些原子會變成離子和電子。在2009年研究員成功由極冷的一粒里德伯銣原子和一粒基態銣原子中創造出里德伯分子(Rydberg molecule)
    • 里德伯極化體(Rydberg polaron):在超低溫下產生,其中一個非常大的原子在原子核和電子之間的空間中含有其他普通原子。為了形成這個原子,必須將原子物理的玻色-愛因斯坦凝聚體和里德堡原子兩個領域結合起來。先將鍶(Sr)原子轉化到玻色-愛因斯坦凝聚態; 再用一束激光來激發原子,以將原子提升到高激發態;接着,激發電子開始以較平常更遠的距離繞原子核轉,從而成為了一個里德伯原子。電子的軌道變得如此之大,因而其他鍶(Sr)原子可以輕易地放到裡面:最多觀察到了某個裡德伯原子裡塞下了170個原子。
    • 三葉蟲里德伯分子(trilobite Rydberg molecules):是一種奇特的巨型二聚體,具有巨大的偶極矩。它們由一個里德伯原子和一個遙遠的基態原子通過短程電子中性引力結合在一起組成。三葉蟲態 trilobites蝴蝶態 butteries三葉蟲三聚體態 trilobite trimer斯塔克態 Stark state
    • 純三葉蟲里德伯分子(pure trilobite Rydberg molecules):兩個幾乎等距的純三葉蟲里德堡分子。在三葉蟲里德堡分子中,基態原子通過電子-原子散射與處於高角動量態疊加態的里德堡電子結合。這會產生一個同核分子,其永久電偶極矩在千德拜範圍內。之前只觀察到三葉蟲分子混合了低-l 態。
    • 多原子三葉蟲里德伯分子(Polyatomic Trilobite Rydberg Molecules):高極性、多原子三葉蟲態在由隨機定位的原子組成的稠密超冷氣體中出乎意料地持續存在。
    • 里德伯綴飾態(Rydberg-dressed state):里德堡態原子與周圍環境的相互作用(如與其他原子或光子耦合)可形成綴飾態。
    • 里德伯原子鏈(Rydberg atom chains):里德伯原子排列成鏈狀結構時,原子間的強相互作用與量子漲落的競爭,催生出豐富的量子相變現象。
    • 里德堡玻璃(Rydberg Glass):拓撲相也可以存在於無相互作用的二維或三維非晶系統中,結構無序葉可以誘導出拓撲相。
  • 負溫度態(negative temperature state)負絕對溫度(Negative Absolute Temperature),不是一種負能量,只是一種反的能量分布,目前的實驗達到了低於絕對零度數十億分之一度。2016年英國劍橋大學的盧卡·多尼尼(Luca Donini)團隊將一群鉀原子放置於真空室內,並使用激光和磁場將它們冷卻到接近絕對零度,精確操控原子的量子狀態和能量水平,並最終將這群原子「誘導」成低於絕對零度的狀態。
  • 負質量超流體(Negative mass Superfluid):像電荷有正負,物質也有負質量(Negative mass)。正質量物體符合牛頓第二運動定律,推動正質量物體時,物體會沿着力的作用方向運動。當給予負質量物體推力時,它不進反退,向後加速運動。根據牛頓第三運動定律,當一個小球撞擊另一個小球,這兩個小球應該相互撞開。但如果其中一個小球具有負質量,那麼這兩個小球相撞後應該會朝相同方向加速。通過超冷銣原子製造負質量流體。

全息對偶態

[編輯]

在一個特定的時空幾何,反德西特(AdS)空間中的引力理論,等價於其邊界上低一個維度的共形場理論(CFT)。這就像一個三維物體的全部信息可以編碼在其二維表面上一樣,故被稱為「全息」。

  • 全息超導體(holographic superconductor):是超導體的全息對偶。標準全息超導體 standard holographic superconductor高斯-邦納全息超導體 Gauss-Bonnet holographic superconductor(最小全息超導體 minimal holographic superconductor)解析全息超導體 Analytic Holographic Superconductor體塊四維波全息超導體 bulk 4-dimensional -wave holographic superconductor體塊五維全息超導體 bulk 5-dimensional holographic superconductors全息利夫希茨超導體 holographic Lifshitz superconductors
  • 全息時空超固體(Holographic Spacetime Supersolid):該相同時破壞了時間平移、空間平移和內部的U(1)對稱性。全息方法自然地包含了有限溫度效應。全息耗散時空超固體 Holographic Dissipative Spacetime Supersolid
  • 零密度共形物質
  • 全息費米液體(Holographic Fermi liquid)
  • 全息奇異金屬(Holographic strange metal)
  • 全息渦旋晶格(holographic vortex lattice)
  • 全息拓撲半金屬(holographic topological semimetal)全息狄拉克半金屬 Holographic Dirac semimetal全息外爾半金屬 holographic Weyl semimetal全息節點線半金屬 holographic Nodal Line semimetal全息雙單層狄拉克半金屬 Holographic Double Monolayer Dirac Semimetal

准粒子激發相態

[編輯]
  • 電子-正電子晶格(Electron-Positron Lattice):M.Simhony 提出的理論被稱為「電子-正電子晶格理論」(Electron-Positron Lattice Model,簡稱 EPOLA)。理論假設真空空間是由電子和正電子構成的一種中性晶體結構,類似於晶格。這種晶格被認為是一種特殊的介質,能夠支持光的傳播。空間中充滿了一種由電子和正電子交替排列形成的面心立方(FCC)晶格結構。這種晶格中的電子和正電子通過強大的庫侖力相互束縛,形成了穩定的結構,其束縛能量為 1.02 MeV(正好是電子-正電子對湮滅時釋放的能量)。光是通過這種電子-正電子晶格作為介質傳播的,光波被視為晶格中的彈性波。
  • 電子態(Electronic matter):電子-電子、電子-晶格作用可以形成的各種電荷有序相(charge-ordered phases)。電子的電荷、自旋和軌道三種自由度能夠各自或同時形成物態。和晶格一樣,電子多重自由度的短程有序可以形成電子玻璃態(Electronic glassy state),而長程有序則能形成晶體態,也就是電子晶體(Electronic Crystal)。原子晶體以及單電子單晶(Electronic monocrystal)已經被廣泛研究。而對於有些電子單晶以及多重量子序電子單晶(Electronic Multiple Ordering Crystal),則研究較少。電子也存在類似氣、液、固等狀態。金屬中電子總是存在相互作用的,如果它們之間的庫侖相互作用較弱,可以近似看做電子液體。電子依靠中間媒介兩兩配對後成庫珀對可以凝聚成具有零電阻的超導態;電子自旋磁矩取向一致的時候可以形成磁性很強的鐵磁態;相鄰電子聚攏在一起可以形成電荷密度波態等。
    • 雙電子凝聚態(two-electron Condensed matter):量子化的磁通是揭示超導體中電子配對的強有力工具,電阻隨磁場的周期性振盪,振盪周期對應於h/2e的量子磁通,被認為是雙電子庫珀對存在的關鍵證據。
    • 多電子凝聚態(multi-electron Condensed matter):由四個電子和六個電子相干形成的多電子超導態,CsV3Sb5環形超導器件周期性量子振盪的發現,揭示了電荷6、4的超導磁通量子的存在,表明樣品中存在相位相干的六電子與四電子超導凝聚態。四電子、六電子凝聚超導態的發現揭示出磁通量子的分數化,拓展了分數量子化和多費米子態的研究。
      • 電子四重凝聚態(Electron quadruplets condensate):表現出長程有序,而電子庫珀對不表現出長程有序。此類狀態出現在具有多重對稱性破缺的系統中,這是由於底層低溫有序的部分熔化造成的,這會破壞庫珀對的凝聚態,但保留由預先形成的費米子對形成的凝聚態。提出的一個例子是電荷4超導。另一個例子是四次金屬相(quartic metal phase),它與標準BCS理論解釋的超導體相關,它不是像邁斯納效應那樣排斥磁力線,而是產生磁力線,這是一種自發的能斯特效應,表明時間反演對稱性破缺,相關態可以在對密度波系統中形成。在對稱性破缺數量更多的系統中,理論研究已經證明了電荷-6和更複雜序的存在。
  • 維格納晶體(Wigner crystal):維格納固體 Wigner solids,1934年,尤金·維格納(Eugene Wigner)第一次預言的電子的晶體相。在二維或三維空間中均勻、惰性、中性(即 Jellium 模型)的背景上移動的電子氣,如果其電子密度小於一個臨界值,電子間的庫倫勢能將大於動能,因而電子的空間排布變得重要。為了使勢能儘可能小,三維空間的電子會形成體心立方結構,二維空間的電子會形成三角晶格,一維的電子則會形成均勻分隔的晶格。二維電子氣體的結晶狀態也可以通過施加足夠強的磁場來實現。更一般地說,Wigner 晶相也可以指在非電子系統中出現的低密度晶相。一維維格納晶格 one-dimensional Wigner lattice二維維格納晶格 two-dimensional Wigner lattice三維維格納晶體 three-dimensional Wigner crystal空穴維格納晶體 hole Wigner crystal電子維格納晶體 electron Wigner crystal受抑維格納晶體 frustrated Wigner crystal
    • 維格納微晶(Wigner crystallites):在實際系統中,諸如襯底效應、雜質和粒子間相互作用的具體形式等因素會影響維格納晶體的性質,甚至導致形成稱為維格納微晶的較小的局部晶體有序區域。這些微晶可以被視為宏觀維格納晶體的漲落前兆,其中電子在更無序的環境中表現出短程晶體有序。
    • 維格納分子晶體(Wigner molecular Crystal):如果晶格的每個位點不是一個,而是多個局域電子,那麼這個概念可以推廣到維格納分子晶體。
    • 廣義維格納晶體(generalized Wigner crystal):存在=1/3,2/5、1/2、3/5、2/3、8/9、10/9、4/3分數電子填充下的不同維格納晶格,其中n是每個位點的電子數。n=1/3和n=2/3維格納晶體分別呈現三角形和蜂窩狀晶格,以儘量減少最近鄰占據。n=1/2態自發地打破了原始的C3對稱性,形成了條紋相。
  • 拉廷格液體(Luttinger liquid):全稱朝永-拉廷格液體(Tomonaga-Luttinger liquid),體系中的關聯函數均以冪律(power-law)衰減,且冪指數的大小反映了體系中相互作用的強度(Luttinger參數),體現在輸運行為就是電導隨能量(如溫度或偏壓等)的降低而以冪律形式趨近於零。一維電子氣體作為玻色子的低能量激發,將一條很細的純淨度極高的量子線冷卻到接近絕對零度(-273 ℃),再對材料施加一個橫穿磁場,消除雜質的破壞性作用,材料中的自由電子云將變成只有左、右方向運動的電子,電子互相連接着,就象火車車廂一樣一起運動,1994年的美國一個研究證實了這種物質形態。在低但有限的溫度下,,自旋相關性被破壞,一維維格納晶體是一種自旋非相干的盧廷格液體。自旋多極拉廷格液體 spin multipolar Luttinger liquid自旋偶極拉廷格液體 spin dipolar Luttinger liquid自旋四極拉廷格液體 spin quadrupolar Luttinger liquid自旋八極拉廷格液體 spin octupolar Luttinger liquid自旋十六極拉廷格液體 spin hexadecupolar Luttinger liquid
  • 近藤凝聚體(Kondo condensates):當磁矩嵌入金屬中時,它會捕獲附近的流動電子,形成近藤雲。當磁性雜質足夠密集,以至於它們各自的雲相互重疊時,會形成相關的電子基態。磁性雜質(如4f/5f電子)與周圍傳導電子的自旋反平行配對,形成近藤單態(Kondo singlet),導致局域磁矩被完全屏蔽。這種量子糾纏態可視為一種凝聚態,因其在低溫下主導系統的基態行為。
  • 青木相(Aoki phase):晶格系統可能自發破缺手征對稱性或自旋對稱性,形成鐵磁序或軌道有序相。例如,在二維電子氣中,Rashba自旋軌道耦合與電子相互作用競爭可能導致青木相。在重費米子材料中,近藤屏蔽與RKKY相互作用(局域磁矩間的間接交換作用)的競爭可能導致量子相變。青木相可能出現在這類相變附近,表現為非費米液體行為或磁有序的湧現。
  • 有限溫度超窄相位交叉(finite-temperature ultranarrow phase crossover,UNPC):在傳統不可相變的具有短程相互作用的一維鍵修飾伊辛模型系統中,存在隱形相變。在有限溫度下存在極尖銳的熵跳躍。「半冰半火」與「半火半冰」是孿生態,一個出現在零溫下磁場誘導的極限點,另一個隱藏在有限溫的極小窗口內。這兩者可以切換。只需微調溫度或磁場,整個系統的宏觀相態就會劇烈翻轉,熵變之大,接近理想制冷機的理論極限。它的存在條件是一維鏈式結構+自旋不對稱耦合+可調磁場,這種相變不是傳統連續相變,而是介於相變與超銳交叉行為(ultranarrow crossover)之間的一種新機制。在有限溫度下,系統的熵變化近乎台階狀下降,表明非連續、非擴展的熵重組過程。半冰半火態 half-ice, half-fire state、1/3冰,2/3火態 1/3-ice, 2/3-fire state、混合冰火態 mixed ice-fire states
    • 半火半冰(alf-Fire, Half-Ice):2016年,在研究磁性材料Sr₃CuIrO₆(鈦銅銥氧化物)時,發現的一種極為反常的電子自旋態,在這種由外加臨界外部磁場感應的狀態下,銅位點上的「熱」自旋在原子晶格上完全無序,磁矩較小,而銥位上的「冷」自旋是完全有序的,具有較大的磁矩。自旋系統的響應不是連續變化,而是一種類似量子臨界行為的驟變。
    • 半冰半火(alf-Ice, Half-Fire):半火半冰的鏡像態,磁性材料Sr₃CuIrO₆(鈦銅銥氧化物)自旋的冷熱分布是可翻轉的,銥位點上的「熱」自旋在原子晶格上完全無序,磁矩較小,而銅位上的「冷」自旋是完全有序的,具有較大的磁矩。這種翻轉發生在一個極其狹窄但不是零的溫度窗口中,不是連續滑過的平穩過渡,而是近乎躍遷式的陡變。它滿足了「相變」的定義,但逃脫了傳統熱力學模型的檢測機制。
  • 自由空穴氣體(free hole gas):儘管空穴只是沒有電子,但它的行為很像粒子。空穴帶正電荷,它們具有明顯的或「有效」的質量,就像電子一樣,這反映了它們在給定材料中移動的能力。如果與材料中的原子碰撞導致空穴對外部電場反應遲緩,則空穴可能實際上是「重」的。一維空穴氣體 one dimensional hole gas二維空穴氣體 two-dimensional hole gas,2DHG三維空穴氣體 three-dimensional hole gas,3DHG(三維流動空穴氣體 three-dimensional mobile hole gas)、准三維空穴氣體 quasi-three-dimensional hole gas
  • 自由電子氣(free electron gas):自由電子氣是借用理想氣體模型描述費米子系統性質的量子力學模型。其具有費米能的量子態都處於動量空間中的一個確定的曲面上,這個曲面稱為費米面。自由電子氣的費米面是一個球面;周期體系中的費米面則通常是扭曲面。費米面包圍的體積決定了系統中的電子數,而費米面的拓撲結構則與金屬的各種傳導性質(如電導率)直接相關。對費米面的研究有時被稱為「費米學」(Fermiology)。電子之間的相互作用很弱,近似為自由電子,按電子運動維度可分為一維,二維和三維。一維電子氣 one-dimensional electron gas, 1DEG是指電子沿單個軸方向自由移動,但在垂直方向上則受到限制的現象。二維電子氣 two-dimensional electron gas,2DEG是指電子可以在二維方向自由移動,而在第三維上則受到限制的現象。在某些材料表面,電子密度很高,是一種平面電子集合,是一種二維液體。三維電子氣 Three-dimensional electron gas,3DEG多鐵性(鐵電性和磁性)二維電子氣 multiferroics (ferroelectricity and magnetism) two-dimensional electron gas
  • 派恩斯惡魔(Pines' Demon):中性電子集體振盪模式,由不同能帶電子反相運動形成,不攜帶淨電荷且無法與光子直接耦合。
  • 奇電子液體(odd electron liquid):具有自發破缺時間反演對稱性的雙層電子液體,此類流體的粘度張量具有非零的奇數分量。波動的粘性應力驅動等離子體的傳播,而等離子體的色散關係被非耗散的奇數粘性波(odd viscous waves)所改變。
  • 空穴晶體(hole crystal):即使材料中沒有電子,空穴也可以在適當的條件下結晶。,一種完全由浸入粒子海洋中的孔組成的晶體。
  • 電子晶體(electride):在離子性材料里存在周期性的空檔,而電子正好落在這些空檔里,充當了陰離子(anion)的角色。按照空檔的維度來分類,有0維,1維和2維的電子晶體。這個維度指的是陷落電子勢阱維度。電子晶體是一種雙曲材料。一維和二維電子晶體材料從結構上就有嚴重的各向異性:電子在一個多兩個方向不局域代表有很強的金屬性,而在另外的方向金屬性很弱,滿足雙曲材料最本質的要求。
  • 准三維電子晶體(quasi-three-dimensional electron crystal):介於二維和三維之間的一種物質,將極純淨的半導體材料置入超低溫環境下,並對其施加垂直和平行的強磁場中,半導體內的二維電子系統轉變為準三維電子固體系統絕緣體。
  • 拓撲電子晶體(topological electronic crystal):石墨烯中的電子凍結成一個有序陣列固定在原地,但又同步旋轉,電流在樣品的邊緣無阻力地流動,而內部則保持絕緣,因為電子被固定不動。沿邊緣流動的電流量由兩個基本物理常數,普朗克常數和電子電荷的比值精確決定。這種值的精確性由電子晶體的拓撲性保證。莫爾驅動拓撲電子晶體 Moiré-driven topological electronic Crystal
    • 量子維格納晶體(Quantum Wigner Crystal)雙層量子維格納晶體 Bilayer Quantum Wigner Crystal
    • 量子霍爾晶體(Quantum Hall Crystal)維格納-霍爾晶體 Wigner-Hall Crystal量子霍爾維格納固體 quantum Hall Wigner solid伽利略量子霍爾晶體 Galilean quantum Hall crystal
    • 量子反常霍爾晶體(Quantum Anomalous Hall Crystal):在稀薄的二維電子氣體中,部分填充帶中的電子可以自發地打破連續的平移對稱性和時間反轉對稱性產生的一種拓撲電子晶體。其形成是由莫爾阱勢驅動的。晶體形成於每4個摩爾粒子(ν = 1/4)有1個電子的帶填充,使單位細胞面積增加了4倍,與整數量子反常霍爾效應相一致。態的陳數是特別可調的,它可以在電場和磁場的作用下在+1和-1之間可逆地切換。其他幾個拓撲電子晶體出現在適度的磁場中,起源於ν = 1/3, 1/2, 2/3和3/2。反常維格納-霍爾晶體 anomalous Wigner-Hall Crystal
    • 量子霍爾液晶(Quantum Hall Liquid Crystal):高朗道能級二維電子態中,熱漲落和量子漲落對條紋密度波有着深遠的影響,條紋可能以幾種不同的形式出現:各向異性維格納晶體(Anisotropic Wigner crystal)、近晶(Smectic)、向列(Nematic)、各向同性液體(Isotropic liquid),隨着量子或熱波動幅度的增加,這些相位按照所列順序依次發生。量子霍爾向列態 Quantum Hall Nematics state
    • 量子霍爾谷向列相(Quantum Hall Valley Nematics):當拓撲絕緣的量子霍爾態的形成伴隨着點群對稱性的自發破缺時,就會出現這種物質相,這種破缺結合了空間旋轉和谷指數的置換。由此產生的取向序對猝滅無序尤為敏感,而量子霍爾物理學將電荷傳導與拓撲缺陷聯繫起來。
    • 量子霍爾流體(quantum Hall fluid)
    • 量子霍爾晶格(quantum Hall lattice):激光可以改變原子的動量,同時翻轉其自旋,實現電荷中性原子的合成自旋軌道耦合。將自旋視為一個合成維度,一維自旋軌道耦合系統(one-dimensional spin-orbit coupled system)相當於二維量子霍爾帶(two-dimensional quantum Hall ribbon)。合成維度還允許物理學家訪問高維物理學,例如四維電荷泵(four-dimensional charge pump)。另一個特點是可控邊界條件。通過在合成維度中實現周期性邊界條件實現合成二維量子霍爾圓柱體(synthetic two-dimensional quantum Hall cylinder)。在這種合成霍爾圓柱體中,除了均勻的軸向合成磁通量φ外,還可以在一個端面上產生額外的磁通量Φ。

玻色子量子霍爾態的結晶

  • 電子准晶(electronic Quasicrystal):電子在強關聯或特定外場調控下形成的非周期但長程有序的量子態,其電子密度分布具有準晶的典型特徵(如五重、十重旋轉對稱性),但缺乏傳統晶體的平移對稱性。與維格納晶體類似,電子准晶的形成源於電子間的強相互作用,但其對稱性打破了傳統晶體的限制,表現出獨特的幾何與物理性質。
  • 空穴准晶(Hole Quasicrystal):空穴(半導體或莫特絕緣體中的空缺電子態)在特定條件下形成的准周期有序態,具有長程取向序但無平移對稱性,類似電子准晶。
  • 電子費米液體(electronic Fermi liquid)
  • 電子玻璃態(Electronic glassy state):電子因無序勢場或強關聯作用,陷入多重亞穩態,導致電荷/自旋弛豫時間發散,系統無法達到熱力學平衡態,其電子分布呈現長程無序、短程關聯有序的特性。
  • 空穴玻璃態(Hole glassy state):空穴在無序或強關聯繫統中陷入動力學凍結的亞穩態,表現為慢弛豫、老化效應和非遍歷性,類似電子玻璃態的空穴版本。
  • 電子泥漿態(Electron Slurry State):Electron Slush,電子在強關聯與部分有序競爭下形成的中間態,兼具液態流動性(如超導漲落)和類固態短程序(如電荷密度波疇)。
  • 量子螺旋液體(Quantum helical liquid):具有強自旋軌道耦合的量子線,形成螺旋液體,類似於拓撲絕緣體的邊緣。量子螺旋邊緣液體 Quantum helical edge liquid
  • 電子液晶(Electronic liquid-crystal):當少量空穴摻雜到電荷轉移絕緣體態中時,預計會形成絕緣電荷條紋晶體相(insulating charge-stripe crystal phase)。
    • 電子向列相(Electronic Nematic phase):1998年理論物理學家S. A. Kivelson首次在莫特絕緣體中提出。在強關聯電子體系中,電子聚積成一條條線段,這些線段質量中心的空間位置是隨機起伏的,但它們保持着一個共同的擇優取向。在此相態下,電子失去了旋轉對稱性,從四重旋轉對稱(C4) 轉變為二重旋轉對稱(C2),但保持了平移對稱性。系統中呈現出打破晶格固有的旋轉對稱性的電子態。
    • 向列費米流體(Nematic Fermi Fluids):一種平移不變的金屬相,具有自發產生的空間各向異性。考慮電子向列相的最初理論動機來自於將電子流體視為量子熔融電子晶體(quantum melted electron crystal),而不是費米氣體的強相互作用。
    • 電子准向列相(electronic quasinematic phase):是凝聚態物理中描述電子或自旋系統的一種方向性有序態,其特徵是系統自發打破旋轉對稱性,形成長程取向有序,但位置分布仍保持無序或僅具有準周期性。
  • 准粒子玻色-愛因斯坦凝聚態(quasiparticles Bose–Einstein condensation)
    • 光子玻色-愛因斯坦凝聚體 Photon Bose-Einstein condensates
    • 聲子玻色-愛因斯坦凝聚體 Phonon Bose-Einstein condensates
    • 磁振子玻色-愛因斯坦凝聚體 magnon Bose-Einstein condensates雙磁振子束縛態玻色-愛因斯坦凝聚體 two-magnon bound state Bose-Einstein condensates三磁振子束縛態玻色-愛因斯坦凝聚體 three-magnon bound state Bose-Einstein condensates
    • 旋子玻色-愛因斯坦凝聚體 roton Bose-Einstein condensates
    • 電子-空穴對玻色-愛因斯坦凝聚體 particle-hole pairs Bose-Einstein condensates, superfluidity
    • 激子玻色-愛因斯坦凝聚體 exciton Bose-Einstein condensates極化激元玻色-愛因斯坦凝聚體 polariton Bose-Einstein condensates激子極化激元玻色-愛因斯坦凝聚體 exciton-polariton Bose-Einstein condensates偶極激子玻色-愛因斯坦凝聚態 dipolar excitons Bose-Einstein condensates熱平衡激子玻色-愛因斯坦凝聚 thermal-equilibrium exciton Bose–Einstein condensates偶極激子強相關暗玻色-愛因斯坦凝聚態 dipolar excitons strongly correlated dark Bose-Einstein condensates協同激子極化激元玻色-愛因斯坦凝聚體 cooperative exciton-polariton Bose-Einstein condensates,CEPC表面等離極化激元玻色-愛因斯坦凝聚體 surface plasmon polaritons Bose-Einstein condensates等離激元玻色-愛因斯坦凝聚體 plasmon Bose-Einstein condensates等離激元激子極化激元玻色-愛因斯坦凝聚體 plasmon-exciton polaritons Bose-Einstein condensates連續體中束縛態極化激元玻色-愛因斯坦凝聚體 bound states in the continuum (BICs) Polaritons Bose–Einstein condensation
  • 軌道玻色-愛因斯坦凝聚態(orbital Bose–Einstein condensation)
  • 旋量凝聚態(Spinor condensate):是簡併玻色氣體,其自由度由組成粒子的內部自旋產生,它們由多組分(旋量)序參數描述。
  • 光子態(Photonic matter):在一個量子非線性介質中,光子可以表現得有質量,並能相互作用,形成光子分子(Photonic molecule)。2013年美國的研究團隊成功誘使兩個光子結合成分子形態,而這種光子束縛態以前只存在於純理論中。光子分子的物理特性和激光不一樣,更像科幻電影裡面的光劍(lightsaber)。
  • 液態光(Liquid Light):2002年的一項西班牙的研究認為在激光束中的光子是可以凝聚為具有液態性質的光滴(light droplets)。當激光通過5次立方體非線性光學介質時,可以產生自聚焦,帶有較強電磁場的強光束能改變介質的折射係數,從而使介質起着透鏡的作用。這時激光流會充分地聚焦,並使光流形成為一個凝聚態,但這些光滴並不靜止,它們以光速進行着運動。考慮到液態物質的一些普遍特性,如表面張力的作用以及在超流體中保持液體旋轉性的特點等,液態光應保持成光滴狀。可以產生液體密度最小的液體,具有的特徵渦流可以產生全光黑洞。
  • 光物質混合物(light-matter hybrid):聲子的光激發及其與電子態的非線性耦合。
  • 光超固體(Light Supersolid):光子在特定條件下既形成穩定的空間周期性結構,又展現出超越常規介質的流動性。2025年,中國科學技術大學團隊利用超冷原子氣體構建光晶格,通過精密調控讓光子表現出類似超固體的雙重特性。意大利國家研究委員會(CNR)科研團隊在使用鋁鎵砷化物半導體與激光器,使極化激元形成了光基超固體。
  • 激子凝聚態(exciton condensate):激子凝聚態宏觀量子相變會有一系列相態生成,過程中會先後形成絕緣自由激子氣體(free exciton gas)激子液體(exciton liquid),導電電子-空穴等離子體(electron-hole plasma,EHP)電子-空穴液體(electron-hole liquid,EHL)電子-空穴液滴(Electron-Hole Drops)電子-空穴晶體(electron-hole crystal,EHC)激子晶體(Exciton Crystal)(四極性激子晶體 quadrupolar exciton crystal),嵌入電子氣體中的空穴晶體 hole crystal embedded in an electron gas、嵌入空穴氣體中的電子晶體 electron crystal embedded in an hole gas。在原子系統中,觀察到激子玻色子莫特絕緣體(excitons bosonic Mott insulator)激子費米子莫特絕緣體(excitons fermionic Mott insulator),玻色子和費米子粒子的莫特相。通過使用限制在二維晶格中的半導體激子,來探索玻色-哈伯德(Bose–Hubbard)模型來證明這種特徵,觀察到莫特相是可接近的,最多兩個激子均勻地占據每個晶格位置。有序玻色子-層間激子晶體 ordered bosons-interlayer exciton Crystal暗激子凝聚態 Dark-Exciton Condensate
  • 激子渦旋液體(excitonsvortex liquid):解耦複合費米液體(composite Fermi liquids)相中複合費米子的激子配對構建。
  • 激子超固態(exciton supersolids)激子超流體(exciton superfluids):電子-空穴雙層,通過庫侖相互作用耦合在一起的二維電子氣(2DEG)和二維空穴氣(2DHG),同時保持電隔離。在層間距離小於層內粒子間距的強耦合狀態下,相鄰層中的電子和空穴配對成間接激子,該系統預計將包含量子態,包括強相關激子絕緣體(Strongly correlated excitonic insulator)、激子超固體、高溫激子玻色-愛因斯坦凝聚體(BEC)和激子超流體。
  • 偶極激子超流體(dipolar excitons superfluids)偶極激子超固態(dipolar excitons supersolids)
  • 偶極激子晶體(dipolar excitons crystal)
  • 激子拓撲序(Excitonic topological order,ETO)手性玻色液態 chiral Bose-liquid state,在零磁場下出現的新奇量子相,由半導體中電子和空穴形成的激子在不平衡密度系統中形成拓撲保護而產生。這種拓撲序不僅具有分數化的激發和非零的陳數,而且完全在零磁場條件下實現,在特定的條件下,激子可以表現出玻色型的特性,從而在系統中形成拓撲序。
  • 激子極化子裡德伯態(Exciton-polaron Rydberg states):作為氫原子的固態對應物,激子也可以表現出類似里德伯的光譜,類里德伯光譜也可以存在於與費米海強耦合的複雜激子態中。激子可以激發費米海中的許多電子-空穴對,當激子與費米海電子-空穴對耦合時,形成一個複雜的准粒子,是一個電荷中性玻色子的激子極化子。激子極化子態是裸激子、穿有一個費米海電子-空穴對的激子(稱為Suris tetron)和代表穿有兩個或更多費米海電子-孔對的激子的高階分量的線性組合。
  • 激子素(excitonium):也叫激子態,激子絕緣體中由激子引發的相變,類比成一種激子的玻色凝聚,這個玻色凝聚不是完全體,是不能夠引申到激子超流之類的現象的。在一個特定的動量,不需要能量就自發形成的激子,它是激子凝聚的前體。
  • 激子-弗洛凱複合態(Exciton-Floquet Composites):電子-空穴庫侖相互作用的擴展Haldane模型中庫侖相互作用引起的交換耦合的結果。
  • 多級有序態(multipolar order):晶體裡的電子運動無序,在合適的情況下,晶體中的電荷會排列成重複的有序結構電荷有序態。當電子以相同的自旋方向排列在一起時,物質就會呈現出鐵磁性。自旋既有方向也有大小,一個以電子自旋為序的相可以用矢量來描述。電子可能並不以這兩種方式排列,如果標量和矢量都不足以描述它們,例如,相很可能是由一對對自旋方向相反的電子組成的,一個自旋方向向南,另一個向北,這種情況稱為磁四極(magnetic quadrupole)。當用單頻率的光照射物體時,反射回來的光也是其原來的頻率,還有非常非常少的反射光不是原頻率的,它們的頻率是原頻率的整數倍,這些倍頻光就是光諧波。在鍶銥氧化物(Sr2IrO4)的實驗中發現,第二諧頻的反射光向揭示了一種與已知晶體結構完全不同的對稱性,清晰的顯示了一種特定的多極有序態的存在。
  • 極化子有序相(polaron Ordered phase):空穴摻雜的銅氧化物和錳氧化物(也就是 CMR 錳氧化物)具有姜-泰勒活性,在合適的空穴摻雜濃度區間內,電子-聲子耦合決定電子和結構特性,獲得了高體積密度的靜態(static) 和動態(dynamic) 的姜-泰勒極化子,從而產生強關聯效應。動態短程極化子(dynamic short-range polaron)關聯產生極化子液態(polaron liquid),通過降低溫度凍結成極化子玻璃態(polaron glass)靜態長程極化子(static long-range polaron)關聯產生極化子固體(polaron solid)極化子晶體 polaron crystal。存在贗能隙相的證據,該相與極化子有序相,以及電荷條紋相(charge stripe phase)和軌道條紋相(orbital stripe phase)的出現交織在一起呈現條紋極化子相 stripe polaron Phase、甚至是極化子贗能隙相 polaron Pseudogap Phase。這使贗能隙態是高 Tc 超導態的標誌的假設受到質疑,表明它可能是空穴摻雜的反鐵磁莫特絕緣體特有的更普遍的現象。中子散射和高分辨率實驗表明,在錳氧化物的電荷條紋相中存在極化子近晶液晶態(polaron smectic liquid crystal state)極化子向列液晶(polaron nematic liquid crystal state)
  • 極化激元凝聚體(polariton condensates):也被稱為無反演的激光(lasing without inversion),表現類似於激光器的自發相干性,但機制不同。准二維極化激元凝聚體 quasi-two-dimensional polariton condensate自旋軌道耦合極化激元凝聚體 spin-orbit coupled polariton condensates非線性極化激元凝聚體 nonlinear polariton condensates激子-極化激元負質量連續域束縛態凝聚體 exciton-polaritons negative-mass bound states in the continuum(BIC) condensates
  • 極化激元超流體(Polariton Superfluid)極化激元超固態(Polariton supersolids):偏振子超流體,也被稱為液態光,具有激光和超導體性質的物質態。一種加入了大量被減速和囚禁的極化激元的固體,在超導體中會產生一種類似激光但是能量高效得多的純光束。極化激元-超流體的概念最早於2007年就被提出,其最大特點之一就是有可能在室溫下被實現。2018年意大利CNR納米技術研究所和加拿大蒙特利爾理工學院的科研人員共同在常溫下完成了一種具備光-物質二元屬性的液態光,光子和有機分子中的電子相耦合形成了液態光,在耦合時會因撞擊而生成數量巨大的附帶電磁准粒子,「液體光」就是在准粒子中生成的超流體。雙穩態二維激子極化激元超流體 bistable two-dimensional exciton-polariton superfluid
  • 極化激元量子流體(polariton Quantum fluids)
  • 等離子體准晶(plasmonic quasiCrystal):創建表面等離子體激元(SPP)的五邊形准晶格。
  • 等離激元晶格(Plasmonic Lattice)
  • 磁振子氣體(magnon gas)稠密磁振子氣體 dense magnon gas磁振子准平衡氣體 magnons quasi-equilibrium gas
  • 自旋子晶體(spinon crystal)
  • 旋渦子晶體(Vison Crystal):由規範場通量激發的周期性排列形成的。由於它們打破了平移對稱性,因此表現出局部金茲堡-朗道-威爾遜型序參量(Ginzburg-Landau-Wilson type order parameters)。零通量旋渦子晶體 zero-flux Vison Crystal()、π通量旋渦子晶體 π-flux Vison Crystal()、π/2通量旋渦子晶體 π/2-flux Vison Crystal()、半通量旋渦子晶體(half-flux Vison Crystal、1/2-flux,H-stripe)四分之一通量旋渦子晶體(Quarter-flux Vison Crystal、1/4-flux,Q-brick、Q-wave、Q-stair)四分之三通量旋渦子晶體(Three-Quarter-flux Vison Crystal、3/4-flux)分數通量旋渦子晶體(fractional flux Vison Crystal,1/3-flux、1/6-flux、2/3-flux、1/5-fluxl、2/5-flux、1/7-flux、2/7-flux、3/7-flux、4/7-flux、6/7-flux、1/8-flux、3/8-flux、5/8-flux、7/8-flux)、條紋型旋渦子晶體(Stripy Vison Crystal,2/3-stripy、1/2-stripy、2/5-stripy、6/10-stripy、2/6-stripy)、籠目圖案旋渦子晶體 Kagome pattern Vison Crystal花形圖案旋渦子晶體 Flower pattern Vison Crystal旋渦子超晶體 vison supercrystals
  • 孤子玻璃(Soliton glasses):孤子作為局域化的非線性波包,在傳播過程中能夠保持形狀穩定,形成類似玻璃態的無序動力學結構。
  • 孤子氣體(Soliton gases):是由V.Zakharov於1971年在Korteweg de Vries(KdV)方程的框架內引入的,它是弱相互作用孤子的無限集合。在這種稀釋孤子氣體(diluted soliton gases)的理論構造中,具有隨機參數的孤子幾乎不重疊。這一概念已擴展到孤子強烈連續相互作用的稠密孤子氣體(dense soliton gases)。孤子氣體的概念與非線性偏微分方程(如KdV方程或一維非線性薛定諤方程)描述的可積波系統有着內在的聯繫,這些方程可以使用逆散射變換求解。單極孤子氣體 unipolar soliton gases雙極孤子氣體 bipolar soliton gases各向同性孤子氣體 isotropic soliton gases各向異性孤子氣體 anisotropic soliton gases
  • 孤子晶體(soliton Crystal)手性孤子晶格 chiral soliton lattice,CSL傾斜手性孤子晶格 tilted chiral soliton lattice,TCSL
  • 拓撲自旋織構(Topological spin textures):在自旋交互作用下,電子的自旋會在空間形成的一種特殊的排列結構,具有拓撲保護性質。相奇點 phase singularities、極化奇點 polarization singularitie
    • 鐵電拓撲織構(Ferroelectric topological textures):穹頂形鐵電拓撲結構 dome-shaped ferroelectric topology
    • 拓撲水波結構(Topological water-wave structures):干涉重力水波(interfering gravity water waves)中可控生成拓撲結構。波渦旋 wave vortices、斯格明子 skyrmions、半子 merons、極化莫比烏斯帶 polarization Möbius strips
    • 波渦旋(wave vortices):攜帶類似量子力學的軌道角動量。
    • 磁渦旋(magnetic vortices)磁渦旋 magnetic vortex單-波矢渦旋管 single- wavevector vortex tubes單-螺旋狀偶極態 single- helical-like dipole state單-偶極波矢量態 single-q dipole wavevector state雙-偶極波矢量態 double-q dipole wavevector state磁泡 magnetic Bubble(1型斯格明子泡 type-I skyrmionic-bubbles、2型洋蔥態 type-II onion state、3型混合氣泡 type-III hybrid bubbles)、手性磁浮子 chiral magnetic bobbers靶狀拓撲自旋結構 target-like topological spin textureπ狀拓撲自旋結構 π-like topological spin texture磁斯格明子鏈 magnetic skyrmion chains磁斯格明子辮 magnetic skyrmion braids磁斯格明子袋 magnetic Skyrmion bag磁斯格明子束 magnetic skyrmion bundles零場磁斯格米子叢 Zero field magnetic skyrmion bundles拓撲斯格明子結 topological skyrmion junctions (TSJs)斯格明子渦旋 Skyrmionic vortex斯格明子-反斯格明子對 skyrmion and antiskyrmion pair對稱合金)、磁霍普夫子環-斯格明子糾纏態 hopfion rings-skyrmions entangled等離子自旋半子對 plasmonic spin meron pairs斯格明子玻璃 skyrmion glass(無序稀疏斯格明子 disordered sparse skyrmions)、斯格明子玻璃和迷宮條紋疇混合相 skyrmion glass and labyrinth-stripe domain mixed phase斯格明子玻璃和單疇的混合相 skyrmion glass and single domain mixed phase螺旋自旋織構 single- helicalspin textures錐狀自旋織構 single- cone-like spin textures
    • 電子渦旋(Electron vortices):具有內稟軌道角動量,電子就可以像流體那樣集體流動。環狀極化拓撲渦旋 Toroidal Polar Topology Vortex(液態材料中電的磁性拓撲,螺旋鐵電向列相液滴會自發形成周期性電環狀極化拓撲疇。這些疇如同水中渦旋,電場方向沿半徑連續旋轉,並通過環形疇壁分隔)、三維動量空間軌道渦旋線 Three-Dimensional Momentum Space Orbital Vortex Lines(電子在動量空間裡形成穩定的旋渦結構,類似流體中的漩渦或氣象中的颶風,呈現出複雜的「環狀」或「螺旋狀」模式,與理論預測的電子軌道角動量吻合)、
    • 電磁波渦旋(Electromagnetic vortices)
    • 聲學渦旋(Acoustic vortices):一種攜帶軌道角動量(Orbital Angular Momentum, OAM)的特殊聲場形態。
    • 光學渦旋(Optical vortices):渦旋光作為波動的一種形式,不僅具有自旋角動量,而且具有由於螺旋形的相位結構而產生的軌道角動量(orbital angular momentum, OAM)。矢量光學渦旋 vector optical vortices完美光學渦旋 Perfect optical vortices (POVs)三維完美矢量光學渦旋 Three-Dimensional perfect vector optical vortices超容量完美矢量光學渦旋 super-capacity perfect vector optical vortices廣義完美光學渦旋 generalized Perfect optical vortices (GPOVs)非整數拓撲荷光學旋渦 noninteger topological charges optical vortices
      • 光學渦旋晶格(Optical vortex lattice):通過兩個特定渦旋光束的疊加產生。三角形高階光學渦旋晶格 triangular high-order Optical vortex lattice心形高階光學渦旋晶格 heart-like high-order Optical vortex lattice六邊形高階光學渦旋晶格 hexagonal high-order Optical vortex lattice
      • 光學旋轉體(optical rotatum):這種特殊光束在空間傳播過程中形成對數螺旋路徑。
    • 時空渦旋(Spatiotemporal vortices):是傳統的空間渦旋在時空域的推廣,傳播行為類似於颶風,其相位變化的軸線垂直於傳播方向,因此可以攜帶垂直於傳播方向的軌道角動量。時空渦旋串 Spatiotemporal vortex strings
    • 量子化渦旋(quantized vortices):磁通量(等於磁通量量子)包圍形成的量子渦旋(quantum vortices),磁通量量子(flux quantum)是僅依賴於基本常數的普適量之一。雙相渦旋、全渦旋 full vortex,FV自旋渦旋 spin vortex,SV單量子渦旋 single quantum vortices單量子化渦旋 singly quantized vortex多量子化渦旋 multiply quantized vortices雙量子化渦旋 doubly quantized vortex三量子化渦旋 triply quantized vortices四量子化渦旋 quadruply quantized vortices半量子渦旋 half-quantum vortices,HQVs深半量子渦旋 deep half-quantum vortices淺半量子渦旋 shallow half-quantum vortices翁薩格渦團 Onsager vortices翁薩格半量子渦旋 Onsager half-quantum vortices分數量子渦旋 Fractional quantum vortices分數磁通量量子超導渦旋 fraction of the flux quantum Superconducting vortices半渦旋 half vortices半整數渦旋 half-integer vortices(四個(1/2, 1/2), (-1/2, -1/2), (1/2, -1/2), (-1/2, 1/2)、雙曲線自旋渦旋 hyperbolic spin vortices螺旋量子化渦旋 Helices quantized vortices螺線量子化渦旋 spirals quantized vortices量子化超流渦環 Quantized superfluid vortex rings穩定半量子渦旋翁薩格半量子渦旋組合 stable half-quantum vortex-Onsager half-quantum vortex combined量子化渦線 quantized vortex lines手征渦線液體 Chiral vortex-line liquid基布爾-拉扎里德斯-沙菲弦牆 Kibble-Lazarides-Shafi string walls偶極超固體渦旋 dipolar supersolid vortices超流體巨量子渦旋 Superfluid giant quantum vortex(模擬黑洞)
      • 量子化渦旋晶格(crystallized quantized vortex lattice):玻色-愛因斯坦凝聚態(BEC)的量化渦旋和結晶的量子化渦旋晶格。
        • 結晶渦旋晶格 Crystallized vortex lattice:三角形渦旋晶格 triangular vortex lattice、方形渦旋晶格 square vortex lattice、蜂窩狀結晶渦旋 honeycomb vortex lattice、條紋相渦旋晶格 stripe phases vortex lattice、氣泡相渦旋晶格 bubble phases vortex lattice、雙核渦旋晶格 double-core vortex lattice、蛇形渦旋晶格 serpentine vortex lattice、兩個疊加的三角形和方形渦旋晶格 two superposed triangular and square vortex lattice、兩個傾斜 π/4 的交叉方形渦旋晶格 two tilted π/4 crossing square vortex lattice、不可分自旋孤子偽隨機晶格 inseparable spin solitons pseudo-random lattice、可分自旋孤子偽隨機晶格 separable spin solitons pseudo-random lattice
        • 無定形渦旋晶格 amorphous vortex lattice:重疊原子-分子渦旋晶格 overlapped atomic-molecular vortex lattice、二氧化碳型渦旋晶格 carbon-dioxide-type vortex lattice、間隙分子渦旋-原子渦旋晶格 interstitial molecular vortices-tomic vortex lattice、分子-原子渦旋晶格 molecular-atomic vortex lattice
    • 四維量子渦旋(4D Quantum Vortices):四維空間中的量子渦旋預計將採用擴展渦旋表面的形式。
    • 磁通渦旋態(flux vortex state):超導體中渦旋(vortex)和反渦旋(antivortex)本身及其與釘扎中心之間的相互作用,使得超導體在不同的外加條件下可能會呈現出豐富的渦旋態。處於混合態時,磁通渦旋排列成的格子。磁通渦旋晶格 vortex lattice(磁通渦旋格子)、渦旋線格子 vortex line lattice(磁通線格子)、磁通渦旋布拉格玻璃態 vortex Bragg Glass磁通渦旋玻璃 vortex Glass磁通渦旋塑性態 vortex Plastic磁通渦旋液態 vortex Liquid磁通渦旋固態 vortex solid玻色-費米量子渦旋晶格 Bose-Fermi quantum vortex lattice二維超流渦旋晶體 two-dimensional superfluid vortex crystal
    • 量子渦旋霍爾態(Quantum vortex Hall state)/量子渦旋霍爾效應(Quantum vortex Hall effect)量子反常渦旋霍爾態(Quantum Anomalous vortex Hall state)/量子反常渦旋霍爾效應(Quantum Anomalous vortex Hall effect)量子渦旋自旋霍爾態(Quantum vortex spin Hall state)/量子渦旋自旋霍爾效應(Quantum vortex spin Hall effect):渦旋運動的耗散效應會出現類似霍爾效應的橫向電壓。渦旋霍爾效應 vortex Hall effect、反常渦旋霍爾效應 Anomalous vortex Hall effect、渦旋自旋霍爾效應 vortex spin Hall effect、磁通流霍爾效應 Flux-flow Hall effect、逆磁通流霍爾效應 inverse flux-flow Hall effec、反常磁通流霍爾效應 Anomalous flux-flow Hall effect、逆反常磁通流自旋霍爾效應 inverse Anomalous flux-flow Hall effect、磁通流自旋霍爾效應 Flux flow spin Hall effect(spin-polarized Abrikosov vortices)、逆磁通流自旋霍爾效應 inverse flux-flow spin Hall effec、
    • 渦旋晶體(vortex Crystal)阿布里科索夫渦旋晶格 Abrikosov vortex lattice量子渦旋晶格 quantum vortex lattice刺蝟自旋渦旋晶體(hedgehog spin-vortex crystal, SVC)(鐵基超導體第三種磁結構)
    • 斯格明子晶體(skyrmion Crystal,SkXs)反斯格明子晶體(antiskyrmion Crystal):斯格明子可以形成規則的排列,具有多個波矢量q的模式描述了這種排列。在Dzhaloshinskii-Moriya相互作用的情況下出現的磁性斯格明子晶體(magnetic SkXs),後來觀察到具有明確雙q態的極性斯格明子晶體(polar SkXs)。斯格明子晶格 skyrmion lattice反斯格明子晶格 antiskyrmion lattice極性斯格明子晶格 polar skyrmion lattice單軸極性斯格明子晶格 uniaxial polar skyrmion lattice雙波矢極性斯格明子晶格 Dipolar wavevector polar skyrmion lattice雙-半子-反半子晶格 double- meron–antimeron lattice磁斯格明子晶格 magnetic skyrmion lattice等離子體斯格明子晶格 plasmonic skyrmion lattice水面波斯格明子晶體 water-wave skyrmion Crystal鐵電斯格明子晶體 Ferroelectric skyrmion Crystal莫爾斯格明子超晶格 moiré skyrmion superlattice布洛赫形六角形斯格明子晶體 Bloch-type hexagonal skyrmion crystal奈爾型六角形斯格明子晶體 Néel-type hexagonal skyrmion crystal方形斯格明子晶體 square skyrmion crystal菱形斯格明子晶體 rhombic skyrmion crystal六邊形斯格明子晶體 triple- hexagonal skyrmion crystal三-類三角形斯格明子晶體 triple- triangular-like skyrmion crystal方形斯格明子晶體 double- square skyrmion crystal六方密排極性斯格明子晶體 Hexagonal close-packed polar-skyrmion crystal雙層斯格明子晶體 bilayer skyrmion Crystal斯格明子分子晶體 Skyrmion Molecular Crystals
    • 半子晶體(meron Crystal)雙半子晶體 Bimeron Crystal水面波半子晶體 water-wave meron Crystal
    • 霍普夫子晶體(hopfion Crystal):霍普夫空間有序陣列,將Hopf映射與有理映射技術相結合來生成具有立方對稱性的霍普夫子晶體,通過在中疊加螺旋波,構建了具有可調霍普夫指數和可控拓撲的霍普夫晶體。磁霍普夫子晶格 magnetic hopfion lattice、簡單立方霍普夫子晶體 demonstrate simple cubic hopfion crystal、面心立方霍普夫子晶體 facecentered cubic hopfion crystal、體心立方霍普夫子晶體 body-centered cubic hopfion crystal、軸對稱環面霍普夫子晶體 axially symmetric tori hopfion crystal、環面鏈霍普夫子晶體 torus link hopfion crystal、環面結霍普夫子晶體 torus knots hopfion crystal
  • 拓撲贗自旋織構(Topological pseudospin textures):存在籠目晶格中。
    • 拓撲聲流體(Topologicalacoustofluidics:結合彈性谷自旋與非線性流體動力學,通過表面聲波(SAWs)激發谷態,並將其轉化為流體中的谷流渦旋和手性流模式。
    • 軌道晶格(orbital lattice):在合成軌道系統「僅軌道(orbital-only)」量子模擬器不僅適用於費米子,也適用於玻色子。軌道晶格已被用於演示複雜的玻色-愛因斯坦凝聚體和軌道超流性以及奇特的拓撲半金屬相。
  • 電荷密度波(charge density wave,CDW):是電子密度的周期性空間調製,由電子-電子關聯、電子-聲子耦合或費米面嵌套(Fermi surface nesting)驅動。CDW的量子化波動(如派恩斯惡魔)是中性准粒子的集體運動,其電荷被其他電子帶屏蔽,表現為無質量的聲學模式。CDW至少有三種類型:I型CDW是起源於Peierls不穩定性(FSN)的准一維系統。晶格畸變是一種次級效應,由電子干擾引起;II型CDW由EPC驅動,不是由FSN驅動。電子和晶格的不穩定性緊密地聯繫在一起,在qCDW過渡溫度TCDW時,有一個聲子模式趨於零。沒有理由使金屬-絕緣體過渡與過渡相聯繫。III型CDW是有電荷調製(或CO)的系統,沒有FSN或EPC作為驅動力的跡象。一階電荷密度波 first-Order Charge Density Wave二階電荷密度波 Second-Order Charge Density Wave准一維電荷密度波 quasi-one-dimensional Charge Density Wave二維電荷密度波 Two-Dimensional Charge Density Wave三維電荷密度波 Three-Dimensional Charge Density Wave非常規三維電荷密度波 Unconventional Three-Dimensional Charge Density Wave公度自旋密度波 commensurate Spin Density Wave (C-SDW)非公度自旋密度波 Incommensurate Spin Density Wave (IC-SDW)非中心對稱電荷密度波 Noncentrosymmetric Charge Density Wave條紋型自旋密度波 stripe-type spin-density wave, SSDW自旋電荷密度波 spin-charge-density wave, SCDW手性電荷密度波 Chiral Charge Density Wave手性磁通電荷密度波 Chiral flux Charge Density Wave軸子電荷密度波 Axionic Charge Density Wave電荷密度波序 Charge Density Wave多重電荷密度波 Multiple Charge-Density Wave(具有無理數周期電荷序:√28 × √28和√19 × √19)、三重電荷密度波 triple- charge density wave微分電荷密度波 differential charge density wave共生電荷密度波 conjoined charge density waves玻璃化電荷密度波 glass Charge Density Wave單向電荷密度波 unidirectional charge density wave雙軸電荷密度波 biaxial charge density waveπ位移三維電荷密度波 π-shifted three-dimensional charge density wave類條紋電荷密度波 Stripe-like charge density wave環路電流電荷密度波 loop-current charge density wave (LC CDW)短程電荷密度波 short-range charge density wave大衛之星電荷密度波 star of David charge density wave,(SD CDW)逆大衛之星電荷密度波 inverse star of David charge density wave,(ISD CDW)類呼吸籠目電荷密度波 breathing-kagome-like charge density wave電荷密度波 charge density wave電荷密度波 charge density wave電荷密度波 charge density wave電荷密度波 charge density wave
  • 自旋密度波(spin density wave,SDW):是自旋自由度的周期性調製,通常由磁性材料中的自旋-電荷-晶格耦合驅動。自旋與晶格振動通過准粒子相互作用形成集體激發。SDW的激發既包含局域磁矩的振動(類似自旋波),也包含巡遊電子的准粒子激發。自旋四極密度波 spin-quadrupole density waves交錯磁自旋密度波 Altermagnetic spin density wave手性自旋密度波 Chiral spin density wave (cSDW)
  • 贗自旋密度波(Pseudospin density wave,PSDW:贗自旋自由度在實空間中形成周期性調製的集體量子態。
  • 電荷條紋調製態(Charge Stripe Modulation):條紋超導模型提出,條紋相中的電荷調製可能導致超導能隙的空間不均勻性,甚至形成配對密度波(PDW),這與實驗觀測的贗能隙現象可能存在關聯。
  • 配對密度波(pair density wave,PDW):庫珀對密度波、電子對密度波,在零磁場情況下,某些超導體中存在的庫珀對密度以及超導能隙大小的周期性調製。自旋三態配對密度波 Spin-triplet pair density wave手性配對密度波 chiral pair density wave奇校驗配對密度波 odd-parity pair-density-wave state配對密度波 3-pair-density wave
  • 對密度調製態(Pair Density Modulation, PDM):其核心特徵是超導序參量(即庫珀對的結合能,表現為超導能隙)在晶胞內不同原子位點之間呈現周期性調製,且調製波長與晶格常數一致。這種調製源於晶胞內對稱性的破缺(如滑移鏡面對稱性破缺),但保留了長程晶格平移對稱性,與傳統密度波態(如電荷密度波CDW)的長波長調製形成鮮明對比。
  • 激子密度波(Exciton Density Wave):拓撲激子絕緣相激子能帶顯示出激子能量的最小值向有限動量處移動,形成一個類 Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov 態,這導致了激子密度波的形成。拓撲激子密度波 Topological Exciton Density Wave微分激子密度波 differential Exciton density wave
  • 極化密度波(polarization density waves):由撓曲電相互作用引發。
  • 條紋狀電荷有序態(Stripe charge order):電子密度在空間呈現周期性調製的量子態,表現為電子在晶格中形成一維或准一維的條紋狀分布,打破晶格的平移或旋轉對稱性。
  • 量子軌道條紋序(quantum orbital stripe order):光學晶格的軌道布洛赫帶,每個位置都形成了軌道角動量矩,表現出條紋序,自發地打破了時間反轉、晶格平移和旋轉對稱性。
  • 量子軌道電流序(quantum orbital current order):原子被限制在光學晶格的軌道布洛赫帶,形成了一個橫向交錯的軌道電流序列。

量子態

[編輯]
  • 時間晶體(Time crystal):非平衡新物態,可概括為多體相互作用系統,並表現出了向振盪的魯棒態的自發遷移轉變,在外部驅動力的無限小的變化下,甚至在量子測量下,打破時間平移對稱性,隨着時間演進,系統仍無法與環境達到熱平衡。2012年物理學家弗朗克·韋爾切克(Frank Wilczek)提出量子時間晶體(Quantum Time crystal),相對於空間晶體在空間上呈周期性重複,時間晶體則在時間上呈周期性重複而呈現永動狀態。時間晶體在時間平移對稱上具有自發對稱破缺現象。時間晶體也與零點能量和動態卡西米爾效應有關。根據定義,可以區分兩種類型的時間晶體:「離散時間晶體」以調製外部驅動力的次諧波頻率振盪,以破壞時間平移對稱性;「連續時間晶體」在受到時不變力刺激時,進入了具有任意相位的魯棒周期運動,從而破壞平移對稱性。離散時間晶體已經在自旋系統、量子計算機硬件、超冷原子、磁振子和孤子中得到了證明,而連續時間晶體狀態,目前已經在冷原子的玻色-愛因斯坦凝聚體中得到了證明。
    • 連續時間晶體(continuous time Crystal):表現出連續的時間平移對稱性,可自發地進入一個周期運動的狀態。耗散連續時間晶體 dissipative continuous time Crystal光子連續時間晶體 Photonic continuous time Crystal
    • 離散時間晶體(discrete time Crystal):滿足時間上離散平移對稱性的自發破缺,表現為實驗系統的響應周期是驅動周期的整數倍。2016年,姚穎與美國的同僚提出在實驗室建構離散時間晶體的設想。按此設想馬里蘭大學的Christopher Monroe以及哈佛大學的Mikhail Lukin 兩團隊都成功創造出時間晶體,並於2017年3月發表。自旋-1/2 離散時間晶體 spin-1/2 discrete time Crystal(n=2)、高階離散時間晶體 Higher-order discrete time Crystal(n=3,4,···)、分數離散時間晶體 fractional discrete time Crystal(n=4/3,7/3,10/4,3/8,4···)、貓疤痕離散時間晶體 cat scar discrete time Crystal馬約拉納時間晶體 Majorana time Crystal隨機離散時間晶體 Stochastic Discrete Time Crystal多體局域離散時間晶體 Many-body-localized discrete time crystal弗洛凱動態對稱保護時間晶體 Floquet Dynamical Symmetry Protected Time Crystal弗洛凱-布洛赫疤痕離散時間晶體 Floquet-Bloch Scars Discrete Time Crystal單分子磁體陣列時間晶體 Single-Molecule Magnet Arrays Time Crystal奇美拉嵌合離散時間晶體 Chimera Discrete Time Crystal
    • 光子時間晶體(photonic time Crystal):時變介質(time-varying media),介質介電常數在時間上周期性調製的材料。連續光子時間晶體 Continuous Photonic Time Crystal手性對稱性時間光子晶體 Chiral Symmetry Time Photonic Crystal雙軸各向異性光子時間晶體 Biaxial Anisotropic Photonic Time Crystal非線性光子時間晶體 nonlinear photonic time-Crystal
    • 莫爾時間晶體(Moir´e Time Crystal):該晶體由施加於非晶格阱的周期性擾動誘導。無晶格方案,用於統一的空間和時間扭轉電子學模擬,該方案使用在深度受限的二維勢阱內移動的BEC,並受到多頻「擺動」調製。該方法無需複雜的多層晶格勢或設計的層間隧穿,同時生成空間和時間的莫爾量子相。這些相表現出具有莫爾圖案相干分布的特徵區域超流性。二維莫爾時間晶體 two-dimensional Moir´e Time Crystal
  • 時間准晶體(Time QuasiCrystal)
    • 離散時間准晶體(Discrete Time QuasiCrystal):在多個不公度頻率下表現出穩健的亞諧波響應,准周期驅動的多頻特性允許形成與不同離散時間准晶相相關的不同模式。
  • 時空晶體(Space-Time Crystal):晶體結構和布洛赫定理在凝聚態物理學中起着基礎作用。將靜態晶體擴展到動態「時空」晶體,其特徵是D+1維中的一般交織時空周期性,其中包括靜態晶體和弗洛凱(Floquet)晶體作為特例。構建了一個被稱為「時空」群的新群結構來描述時空晶體的離散對稱性。與空間群和磁群相比,時空群通過「時間螺旋」旋轉和「時間滑動」反射得到增強,這些反射涉及沿時間方向的分數平移。對1+1維(1+1D)中的13個時空群進行了完整的分類。克拉默(Kramers)型簡併可以在沒有半整數旋量結構的情況下由滑動時間反轉對稱性引起,這限制了光譜色散的卷繞數模式。在(2+1D)中,非對稱時空對稱性強制光譜簡併,導致受保護的弗洛凱半金屬態。
  • 狄拉克物質(Dirac matter):是指一類可以用狄拉克方程有效描述的凝聚態系統。儘管狄拉克方程是描述費米子的,但狄拉克物質中存在的准粒子可以是任何統計數據。因此,狄拉克物質可以區分為費米子狄拉克物質(Fermionic Dirac matter)玻色子狄拉克物質(Bosonic Dirac matter)任意子狄拉克物質(Anyonic Dirac matter)。狄拉克物質的突出例子是石墨烯和其他拓撲絕緣體狄拉克半金屬外爾半金屬、具有-波對稱性的各種高溫超導體氦-3。這種系統的有效理論是通過狄拉克質量、狄拉克速度、伽馬矩陣和時空曲率的特定選擇來分類的。根據有效理論對狄拉克物質類別的普遍處理導致了關於態密度、熱容量和雜質散射的共同特徵。
  • 外爾物質(Weyl matter)
  • 量子凝聚態暗態(quantum condensed-matter dark state):被禁止與光子相互作用的量子凝聚態,無法通過光譜手段檢測到,整個量子態帶在整個布里淵區都是無法檢測到的。
  • 量子磁體(quantum magnet):由量子漲落驅動的有序-無序機制引起。
    • 基塔耶夫量子磁體(Kitaev quantum magnet):具有各向異性的交換相互作用。
    • 量子伊辛鏈(quantum Ising Chain):自旋鏈中自旋在某一特定方向上的相互作用。經典伊辛鏈 Classical Ising Chain橫場伊辛鏈 Transverse Field Ising Chain, TFIC縱場伊辛鏈 Longitudinal Field Ising Chain橫縱場伊辛鏈 Transverse and Longitudinal Field Ising Chain均勻伊辛鏈隨機伊辛鏈准一維自旋-1/2 伊辛自旋鏈 Quasi-one-dimensional Spin-1/2 Ising Spin Chain准一維自旋-1 伊辛自旋鏈 Quasi-one-dimensional Spin-1 Ising Spin Chain准一維自旋-1/2 類伊辛螺旋鏈反鐵磁體 Quasi-one-dimensional spin-1/2 Ising-like Screw Chain Antiferromagnet二維伊辛磁體 two-dimensional Ising magnet自旋-1三角晶格伊辛鐵磁體 spin-1 triangular lattice Ising ferromagnet自旋1/2和自旋-1混合伊辛鐵磁體 Mixed spin-1/2 and spin-1 Ising ferromagnet多級五邊形晶格鐵磁伊辛模型 hierarchical pentagon lattice Ferromagnetic Ising model贗自旋1/2燒綠石晶格伊辛型反鐵磁體 pseudospin-1/2 pyrochlore lattice Ising-type antiferromagnet
    • 海森堡鏈( Heisenberg chains):兩格方向相互作用,中間對稱性,伊辛鏈和海森堡鏈之間存在一個過渡模型。各向同性XY鏈 Isotropic XY Chain各向異性XY鏈 Anisotropic XY Chain一維自旋-1/2 海森堡鏈 one-dimensional spin-1/2 Heisenberg chains一維自旋-1/2 海森堡鏈 one-dimensional spin-1/2 Heisenberg chains( - types、 - types)自旋-1/2 反鐵磁海森堡 鏈 spin-1/2 antiferromagnetic Heisenberg chain一維自旋1/2橫場XY模型 1D spin-1/2 transverse field XY model
    • 量子海森堡鏈(quantum Ising Chain):自旋鏈中自旋在所有三個空間方向上的各向同性相互作用。各向同性海森堡鏈(Isotropic Heisenberg Chain):鐵磁海森堡鏈、反鐵磁海森堡鏈,各向異性海森堡鏈(Anisotropic Heisenberg Chain):XXZ模型、XYZ模型。
      • 鐵磁海森堡鏈反鐵磁海森堡鏈一維自旋-1/2 海森堡鐵磁鏈 One-Dimensional Spin-1/2 Heisenberg Ferromagnet chain一維自旋-1/2 海森堡反鐵磁鏈 one-dimensional spin-1/2 Heisenberg antiferromagnet chain一維自旋-3/2 海森堡反鐵磁自旋鏈 one-dimensional spin-3/2 Heisenberg antiferromagnetic spin-chain一維海森堡反鐵磁體 One-dimensional Heisenberg antiferromagnet(兩個S=1/2和兩個S=1自旋交替排列)、一維自旋-1/2 海森堡-伊辛反鐵磁 one-dimensional spin-1/2 Heisenberg-Ising antiferromagnetic chain一維自旋-1 贗海森堡反鐵磁鏈 one-dimensional spin-1 pseudo-Heisenberg antiferromagnetic chain准一維自旋-1/2 海森堡反鐵磁鏈 quasi-one-dimensional spin-1/2 Heisenberg antiferromagnetic chain廣義自旋-3/2雙線性-雙二次-雙三次海森堡鏈 generalized spin-3/2 bilinear-biquadratic-bicubic Heisenberg chain二維海森堡磁體 two-dimensional Heisenberg magnet自旋-1/2 籠目反鐵磁體 spin-1/2 kagome antiferromagnet自旋-1/2 三角晶格海森堡反鐵磁體 spin-1/2 triangular-lattice Heisenberg antiferromagnet (TLHAF)自旋-1三角晶格海森堡鐵磁體 spin-1 triangular-lattice Heisenberg ferromagnet准二維受抑自旋-1三角晶格海森堡反鐵磁體 Quasi-two-dimensional frustrated spin-1 triangular lattice Heisenberg antiferromagnet自旋1三角晶格雙線性雙二次海森堡模型 spin-1 triangular lattice bilinear-biquadratic Heisenberg model自旋1方形晶格雙線性雙二次海森堡模型 spin-1 square lattice bilinear-biquadratic Heisenberg model自旋1/2 雙層方形晶格海森堡反鐵磁體 spin-1/2 bilayer square lattice Heisenberg antiferromagnet 超籠目晶格海森堡反鐵磁體 hyperkagome-lattice Heisenberg antiferromagnet自旋1蜂窩狀晶格海森堡反鐵磁體 spin-1 honeycomb-lattice Heisenberg antiferromagnet自旋- 1/2易軸海森堡模型 spin- 1/2 easy-axis Heisenberg model擴展自旋-3/2 基塔耶夫-海森堡模型 extended spin-3/2 Kitaev-Heisenberg model自旋1/2交替海森堡鏈 spin-1/2 alternating Heisenberg chain()、自旋1 反鐵磁海森堡鏈 spin-1 antiferromagnetic Heisenberg chain()、二聚自旋-1/2 反鐵磁海森堡鏈 dimerized spin-1/2 antiferromagnetic Heisenberg chain()、均勻自旋-1/2 反鐵磁海森堡鏈 uniform spin-1/2 antiferromagnetic Heisenberg chain()
      • 海森堡鏈( Heisenberg chains) 海森堡鏈( Heisenberg chains)一維自旋-1/2 海森堡鏈 one-dimensional spin-1/2 Heisenberg chains一維自旋-1/2 海森堡鏈 one-dimensional spin-1/2 Heisenberg chains一維自旋-1/2 海森堡鏈 one-dimensional spin-1/2 Heisenberg chains受挫反鐵磁自旋-1 海森堡鏈 frustrated antiferromagnetic spin-1 Heisenberg chain,霍爾丹二聚體相 Haldane dimer phase、無間隙矢量手性相 gapless vector chiral phase、間隙偶數宇稱二聚體 gapped even-parity dimer、間隙奈爾相 gapped Néel phases)、非緊 -不變量 自旋鏈 non-compact <mathU_q(\mathfrak{sl}_2)</math>-invariant spin-chain
      • -- 海森堡鏈(-- Heisenberg Chain):在海森堡模型中加入次近鄰交換相互作用 ,形成競爭性相互作用。自旋-1/2 -- 反鐵磁三聚體自旋鏈 spin-1/2 -- antiferromagnetic trimer spin chains一維自旋-1/2 -- 海森堡鐵磁鏈 one-dimensional spin-1/2 -- Heisenberg ferromagnet chain受抑鐵磁海森堡-鏈 frustrated ferromagnetic Heisenberg - chain二維 -- 海森堡磁體 two-dimensional Heisenberg magnet自旋1/2 方形晶格 - 海森堡反鐵磁體 spin-1/2 square lattice - Heisenberg antiferromagnet自旋1/2 方形晶格 - 海森堡鐵磁體 spin-1/2 square lattice - Heisenberg ferromagnet自旋1/2 蜂窩晶格 -- 海森堡模型 spin-1/2 honeycomb lattice -- Heisenberg model受抑自旋-蜂窩晶格 -- 海森堡反鐵磁體 frustrated spin- honeycomb lattice -- Heisenberg antiferromagnet(s = 1、3/2、2、5/2)自旋-1/2 AA堆疊雙層蜂窩晶格 --- 海森堡反鐵磁體 spin-1/2 AA-stacked bilayer honeycomb lattice --- Heisenberg antiferromagnet自旋1 三角晶格 - 海森堡模型 spin-1 triangular lattice - Heisenberg model自旋1/2 籠目晶格 - 海森堡模型 spin-1/2 kagome lattice - Heisenberg model自旋1/2 --方晶格海森堡模型 spin-1/2 -- square lattice Heisenberg model自旋1 --方晶格海森堡模型 spin-1 -- square lattice Heisenberg model籠目晶格-海森堡模型 kagome lattice - Heisenberg model
      • 加洛辛斯基-莫里亞海森堡鏈(DM Heisenberg Chain):加入Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(反對稱項)的海森堡鏈,常見於非中心對稱晶體。
      • 幻影螺旋態(phantom helix state):幻影貝特態 phantom Bethe state,可積自旋模型的 Bethe ansatz 方程的具體解,可以攜帶宏觀動量但沒有能量。一種簡單的海森堡量子磁體自旋模式,受熱化影響較小,些在x-y平面上沿着鏈螺旋旋轉並具有一定間距的自旋稱為「幻影螺旋態」。
    • 自旋玻璃態(Spin glass):是一種亞穩定狀態的磁性材料,是材料所顯示出來的高度的磁自旋阻挫,起因於結構本身的某種無序或由於磁性摻雜無序性所導致,這種磁性阻挫意味着不能保持單一的能量基態。不同自旋結構的長程有序態自旋固態(spin solid)、自旋玻璃態、自旋果凍態(spin jam),藉助不同內稟或外源參量調控,可以相互轉化。二維伊辛自旋玻璃 two-dimensional Ising spin glass
  • 經典自旋冰(Spin ice):主要存在於燒綠石(pyrochlore) 晶格材料之中,這些材料中的稀有金屬元素存在於共頂角(corner sharing)的四面體頂點上。由於四面體的頂點之間的磁性相互作用引入幾何阻挫,故而系統在極低溫度下自旋構型只需要在每個四面體內滿足「兩進兩出」的泡令冰規則(Pauling ice rule),這就造成了系統的基態具有指數形式的簡併度,並且基態的熵密度是有限值。經典自旋冰中由於幾何阻挫的存在,系統中的磁激發可以用磁單極子的形式來描述,磁單極子是分數化的激發,正負磁單極子之間由沒有張力的狄拉克(Dirac)弦連接。多極自旋冰 multipolar spin ice
    • 人工自旋冰(Artificial spin ice):利用微納米加工技術構建的納米尺度磁體陣列。通過精確設計和調控這些磁體之間的相互作用,可以在受控環境中重現自然界中複雜的磁性現象,如幾何阻挫、磁單極子等。直接籠目型人工自旋冰 direct-kagome artificial-spin-ice立方表面人工自旋冰 cube-surface artificial spin ice沙克蒂幾何人工自旋冰 Shakti geometry artificial spin ice
  • 團簇莫特絕緣體(Cluster Mott Insulators)團簇自旋玻璃態(Cluster Spin glass),在經典自旋冰中加入量子自旋漲落,從理論上講就可能出現量子自旋冰或者團簇莫特絕緣體。主要是指以團簇為電子絕緣單位的莫特絕緣體,電子在團簇內部仍然具有電荷巡遊自由度,但同時由於不同格點之間的電荷庫侖相互作用,電子在團簇內的運動在不同的團簇之間又具有微妙的關聯。在量子自旋冰和團簇莫特絕緣體中除了有分數化的磁單級子的激發之外,還湧現出滿足量子電動力學層展U(1)規範場理論所描述的低能「光子」,其中的拓撲元激發包含衍生光子和自旋子。衍生光子的物理性質類似於量子電動力學中的光子,而自旋子則類似於電荷。中國研究團隊,運用量子蒙特卡洛蠕蟲算法,使用「天河1號」超級計算機和其他計算平台,發現了1/4 和3/4 玻色子占據的兩種玻色子團簇莫特絕緣體(Bosonic Cluster Mott Insulators),證實了1/4, 1/2和3/4 玻色子占據的團簇莫特絕緣體(其中1/2 玻色子占據的團簇莫特絕緣體就是量子自旋冰)是具有量子電動力學層展U(1) 規範場特性的奇異物質形態。
    • 量子自旋冰(Quantum spin ice):三維的量子自旋液體,一般把1/2 晶格占據的玻色子團簇莫特絕緣體稱作量子自旋冰。偶極-八極量子自旋冰 dipole-octupole quantum spin ice呼吸量子自旋冰 breathing quantum spin ice
    • 量子無序磁基態(Quantum disordered magnetic ground state):足夠強的自旋軌道耦合可以使電子波函數重整化,並誘導各向異性交換相互作用,從而產生了固有的波動磁基態,進入一個不同的、高度無序的自旋狀態,其動態自旋自相關函數反映了持續的波動。
  • 量子自旋鏈(quantum spin chains)霍爾丹鏈(Haldane chain),霍爾丹指出整數自旋鏈都是有能隙的,把這些有能隙的相叫做霍爾丹相。一種一維反鐵磁海森堡自旋鏈模型。從對稱保護的意義上來看,奇整數自旋霍爾丹相仍然是「非平凡」的,而偶整數自旋霍爾丹相是完全平凡的。連接奇整數自旋的霍爾丹相與平凡的直積態之間的所有絕熱路徑都破壞特定的對稱性,比如自旋旋轉對稱性或者時間反演對稱性。像奇整數自旋霍爾丹相這種非平凡的短程糾纏態被稱為「對稱保護拓撲態」 (SPT)。自旋-1 霍爾丹鏈 spin-1 Haldane chain
  • 量子自旋液體(Quantum spin liquid,QSL):又稱為液態自旋量子,由於強量子漲落導致自旋,即使在零溫極限下也不形成磁有序。物質本身是固態晶體,磁矩表現得像液體,並且在溫度低至絕對零度時也不會凍結或有序化,不會發生對稱性自發破缺的量子態。液態自旋量子的單個粒子磁性取向始終處於變化之中,與真正液體中的分子運動類似。這種物質內部沒有靜態磁性取向。但粒子之間存在強烈的相互作用,由於量子效應,它們不會固定在某個地方。狄拉克量子自旋液體 Dirac Quantum Spin Liquid手性自旋液體 chiral spin liquid (CSL)手征類自旋液體態 Chiral Spin-Liquid-Like State弗洛凱動力學手征旋轉液體 Floquet dynamical chiral spin liquid螺旋自旋液體 Spiral Spin Liquid拓撲自旋液體 topological spin liquid間隙自旋液體 Gap spin liquid中間間帶隙自旋液體 intermediate gapless spin liquid二維 自旋液體 two-dimensional spin liquid二聚體自旋液體 dimer spin liquid強相關量子自旋液體 strongly correlated quantum spin liquid (SCQSL)渦旋自旋液體 vortex spin liquid
    • 價鍵固態(Valence bond solid,VBS):安德森提出共振價鍵態(Resonant Valence Bonds,RVB)的擬設,用來作為阻挫量子磁性基態甚至作為高溫超導的母體態。價鍵固態是保留自旋旋轉對稱性而破缺晶格對稱性。AKLT模型(Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki 模型,一維自旋-1自旋鏈模型)的基態,具有短程糾纏,並且存在霍爾丹間隙。三角烯(三角形納米石墨烯)自旋-1 鏈 Triangulene (triangular nanographene) Spin-1 Chain
    • 價鍵晶體態(valence bond crystal, VBC):指強關聯電子體系中,通過局域化電子間的共價鍵(如共振價鍵)形成長程有序的周期性排列,具有明確的晶體對稱性和能帶結構。其本質是量子漲落與電子關聯共同作用下產生的有序量子態。
    • 價鍵玻璃態(valence bond glass, VBG):由無序分布的局域化共價鍵構成的無序量子態,缺乏長程序但保留短程關聯。其形成源於強關聯與自旋阻挫的共同作用,導致體系無法形成長程有序的價鍵排列,表現出類似玻璃的非晶態特徵。
    • 基塔耶夫量子自旋液體(Kitaev quantum spin liquid,QSL):具有Kitaev相互作用。二維自旋-1/2 蜂窩晶格基塔耶夫量子自旋液體 spin-1/2 honeycomb lattice Kitaev quantum spin liquid
    • 姚-李量子自旋液體(Yao-Lee Quantum Spin Liquid):基於 Yao-Lee 模型構造。
    • 復曲面代碼型量子自旋液體(toric code-type quantum spin liquid):原子陣列被放置在籠目晶格的連接上,在里德伯阻塞下的演化產生了沒有局部有序的受抑量子態,通過使用提供拓撲序和量子關聯的直接特徵的拓撲串算子,檢測到聚合復曲面代碼類型的量子自旋液相。
    • 量子自旋軌道液體(Quantum spin orbital liquids,QSOLs):是一類具有長程量子糾纏的量子物態。
  • 偶極玻璃態(dipolar glassy state):在一個基本上正規的晶格中偶極矩的取向僅有短程有序而無長程有序,局域偶極子無規分布,在Tm以下凍結的相互作用的偶極子形成尺寸為幾個納米的團簇(cluster),它們無規取向,如果在電場中冷卻,這些團簇可以整齊排列,但隨後並不能由電場重取向。
  • 介電玻璃態(dielectric glassy state):材料在低溫下因結構無序或動力學阻滯導致的介電響應凍結態,表現為介電常數的弛豫行為和頻率依賴性。
  • 磁性玻璃態(magnetic glassy state):磁性材料中自旋因競爭相互作用或無序而凍結在非平衡態。
  • 量子馬約拉納金屬(quantum Majorana metal):中等磁場下π通量在基態成核並捕獲馬約拉納零模。隨着這些通量隨着場的增加而增殖,馬約拉納零模重疊,產生了一個在零能量下具有費米表面的 量子馬約拉納爾金屬態( quantum Majorana metallic state)。
  • 量子自旋液晶(quantum spin liquid crystal):銅氧化物的欠摻雜區存在空穴條紋相。從母體反鐵磁態開始摻雜空穴,反鐵磁疇被富空穴金屬條紋相分割包圍,出現贗能隙相。這類條紋相通常被認定是鄰位姜-泰勒雙極化子有序態 inter-site Jahn-Teller bipolarons Ordered state。有很多工作揭示這類條紋相併非滿足嚴格對稱要求的雙極化子有序態,而是呈現量子自旋液晶相特徵。有學者也認為空穴摻雜的錳氧化物(也就是CMR錳氧化物)中電荷條紋相也可能是類似的量子自旋液晶相,因為錳氧化物的姜-泰勒物理與銅氧化物有類似之處。
    • 量子自旋向列相(quantum spin nematic phase):經典液晶的磁性類似物,表現出液體和固體的特徵。價鍵自旋向列相 valence-bond spin nematic phase
  • 量子液晶(quantum liquid crystal):它們的分子表現和普通液晶一樣,物質內的電子雖能自由移動,卻更傾向於沿一定方向排列,即存在優先流動方向。
    • 二維量子液晶(two-dimensional quantum liquid crystal):它們的分子表現和普通液晶一樣,物質內的電子雖能自由移動,卻更傾向於沿一定方向排列,即存在優先流動方向。雖然晶格中X軸與Y軸的指向和傳統液晶分子並無不同,但整個平面上的電子會整體決定更傾向於其中的某個方向。用其製作高溫超導體,能夠在溫度為負150攝氏度的情況下就實現無電阻,比傳統超導體運行的溫度更高。
      • 伊辛型電子量子液晶(Ising-type electronic quantum liquid crystal):強相關電子系統一種具有破碎旋轉對稱性的電子向列性,在這種伊辛型向列態中,向列指向矢通常指向下層晶體的某些方向。
      • XY型電子量子液晶態(XY type electronic quantum liquid crystal):在重空穴摻雜的鐵磷化合物系統中,指向矢從Fe-Fe方向旋轉了45°,存在一個摻雜範圍,其中向列指向矢可以指向Fe平面中的任何位置。
    • 三維量子液晶(three-dimensional quantum liquid crystal):晶格中X、Y、Z軸方向的電子分布不同,在特定方向軸上,向前或向後的流動磁性也有所不同。三維量子液晶的電子具有完全不同的磁性,即能夠沿一個給定軸方向流動。這意味着提供了使材料變為磁鐵的方式,或者能夠改變磁鐵的磁性強度和方向。三維量子液晶內部能通過的電流方向之間,磁場強度和方向皆不同,打破了晶格的對稱性。
  • 量子流體(quantum fluid)光滑非均勻量子流體 smoothly inhomogeneous quantum fluid近軸量子流體 paraxial quantum fluid
  • 液態自旋量子(Herbertsmithite)氯羥鋅銅石一種極其罕見的礦物晶體,該礦物具有一種磁態液態自旋量子。這個礦物是英國礦物學家赫伯特·史密斯(Herbert Smith)在智利發現的。液態自旋量子是一種晶體,但它的磁態卻呈液態。與其他兩種磁性不同,液態自旋量子的單個粒子磁性取向始終處於變化之中,與真正液體中的分子運動類似。這種物質內部沒有靜態磁性取向。但粒子之間存在強烈的相互作用,由於量子效應,它們不會固定在某個地方。 籠目反鐵磁液態自旋量子 Kagome Antiferromagnet Herbertsmithite
  • 量子融雪態(Quantum Slush State):上海交通大學蔡子課題組利用隨機級數展開(SSE)量子蒙特卡洛方法,研究了一個正方格子上具有上述里德堡反阻塞動力學約束的最簡化量子多體模型,發現這一簡單模型可能展現出非平庸的基態。這一量子態的典型構型中自發湧現出樹狀分形結構(其維度約為1.8),且其關聯函數呈冪指數衰減,意味着該二維系統基態具有準長程序。更為重要的是,在這一量子態中,系統的格點根據其動力行為的不同自發分成兩類,位於「量子樹」末端的格點感受到強烈的量子漲落,其自關聯函數迅速衰減(液體),而對於位於「量子數」樹幹上的格點,量子漲落幾乎被凍結,展現出玻璃動力學行為(固體),這一量子態類似經典系統中的碎冰和水的混合物。
  • 量子極性金屬(Quantum polar metal):首次由安德森(Anderson)和布朗特(Blount)在1965年於理論上預測,局域的離子和電子結構共同沿着相同方向偏離了它們的對稱位置。這種「空間反演對稱性」自發性破缺的長程「鐵電序」通常存在於絕緣體內。但在極性金屬中,即使系統整體的電偶矩被可以自由移動的載流子完全地屏蔽,鐵電序仍然可以發生。難以理解的輸運性質包括:載流子有效質量是實際引入系統的電子的數百倍,並有着低於預期的遷移率和非常低的散射率,極性金屬的介電函數不尋常的在亞太赫茲(sub-THz)頻段表現出強烈的響應。
  • 量子電偶極液體(Quantum electric-dipole liquid):在同時具有幾何阻挫和強烈量子漲落的電介質中存在。
  • 量子順電態(quantum para-electric state):在低溫下本應發生鐵電相變,但被量子漲落抑制而保持順電相的特殊電介質態,其介電常數在低溫時遵循類似居里-外斯定律的行為,但始終無法形成長程鐵電有序。
  • 量子順磁態(quantum para-magnet state):在零溫下因量子漲落抑制磁有序形成的無長程磁序,且不破缺晶格對稱性的量子多體態,其本質是一種由強阻挫和量子糾纏主導的高度無序態。
  • 弦狀網液態(String-net liquid):原子的這種狀況是不穩定的排列,像液體一樣,但仍有固定的總體格局,像一個固體。在正常的固體狀態下,物質中的原子應以網狀排列,因此對於任何一粒電子,它相鄰的電子的自旋方向應與它自身相反。但在弦狀網液態下,原子會以某種形式排列從而令到部分相鄰電子的自旋方向與它的方向相同。

拓撲物態

[編輯]
  • 量子霍爾態(Quantum Hall state)/量子霍爾效應(Quantum Hall effect):量子拓撲霍爾態 Quantum Topological Hall state,二維電子氣體在垂直的磁場中,能譜分立為高度簡併的朗道能級,在強場低溫條件下,能級間距遠大於熱漲落能,觀察到橫向電導率隨着磁場的增大出現一系列霍爾平台。這些霍爾平台對應整數量子化電導,稱為整數量子霍爾態(integer Quantum Hall state)/整數量子霍爾效應(integer Quantum Hall effect,IQHE)(非強關聯體系)。二維電子氣出現的霍爾傳導率在分數值時會出現準確量子化的平台區。它是一種集體態的特性,在這種集體態裡,電子把磁通量線束縛在一起,形成新的準粒子、有着分數化基本電荷的新激發態,並且有可能出現分數統計,稱為分數量子霍爾態(Fractional quantum Hall state)/分數量子霍爾效應(Fractional quantum Hall effect,FQHE)(強關聯體系)。二維狄拉克電子會導致宇稱異常,宇稱(空間反演)對稱性和時間反演對稱性在規範場對稱下不被保留,具體表現就是其霍爾電導率取量子化霍爾電導率值的一半,稱為半整數量子霍爾態(half-integer Quantum Hall state)/半整數量子霍爾效應(half-integer Quantum Hall effect,IQHE)半量子化霍爾態 half-quantized Hall state)。費米子量子霍爾態 fermionic quantum Hall state玻色子整數量子霍爾態 Bosonic integer quantum Hall state偶數量子霍爾效應 Even-integer quantum Hall state奇數量子霍爾效應 odd-integer quantum Hall state奇數填充因子整數量子霍爾效應 odd-filling factor () integer quantum Hall state(Rashba自旋軌道耦合)、偶數填充因子整數量子霍爾效應 even-filling factor () integer quantum Hall state(調控Rashba分裂能量至高填充因子 (ν) 極限)、偶分母分數量子霍爾態 even-denominator fractional quantum Hall state奇分母分數量子霍爾態 odd-denominator fractional quantum Hall state非阿貝爾分數量子霍爾態 Non-Abelian Fractional Quantum Hall State表面半整數量子霍爾態 Surface half-integer quantum Hall state體半整數量子霍爾態 Bulk half-integer quantum Hall state電子量子霍爾態 electronic quantum Hall state
  • 光子量子霍爾態 Photon Quantum Hall State光子分數量子霍爾態 Photon Fractional Quantum Hall State聲子量子霍爾態 Phonon Quantum Hall State聲子分數量子霍爾態 Phonon Fractional Quantum Hall State磁子量子霍爾態 Magnon Quantum Hall State磁子分數量子霍爾態 Magnon Fractional Quantum Hall State斯格明子量子霍爾態 Skyrmion Quantum Hall State斯格明子分數量子霍爾態 Skyrmion Fractional Quantum Hall State交錯磁性斯格明子量子霍爾態 Altermagnet Skyrmion Quantum Hall State
  • 量子非互易霍爾態 Quantum non-reciprocal Hall state量子線性霍爾態 Quantum linear Hall state量子非線性霍爾態 Quantum Nonlinear Hall state量子非線性谷霍爾態 Quantum Nonlinear Valley Hall state量子非線性光霍爾態 Quantum Nonlinear Optical Hall state量子非線性聲霍爾態 Quantum Nonlinear Acoustic Hall state量子度量非線性霍爾態 Quantum metric nonlinear Hall state量子二階非線性霍爾態 Quantum Second-order nonlinear Hall State量子三階非線性霍爾態 Quantum Third-order nonlinear Hall Stat量子線性平面霍爾態 Quantum linear planar Hall state量子非線性平面霍爾態 Quantum nonlinear planar Hall state
    • 非互易霍爾效應 non-reciprocal Hall effect、橫向非互易霍爾效應 transverse non-reciprocal Hall effect、線性霍爾效應 linear Hall effect、非線性霍爾效應 nonlinear Hall effect、內稟非線性霍爾效應 Intrinsic Nonlinear Hall Effect、時間反轉均勻線性電荷霍爾效應 time-reversal even linear charge Hall effect、磁非線性霍爾效應 magneto-nonlinear Hall effect、電非線性霍爾效應 electrical nonlinear Hall effect、巨非線性霍爾效應 Giant nonlinear Hall effect、自旋軌道分裂驅動非線性霍爾效應 Spin-orbit-splitting-driven nonlinear Hall effect、線性動態霍爾效應 nonlinear dynamical Hall effect、無序誘導非線性霍爾效應 Disorder-induced nonlinear Hall effect、平面霍爾效應 linear planar Hall effect、本徵平面霍爾效應 Intrinsic Planar Hall Effect、非傳統平面霍爾效應 Unconventional planar Hall effect、π/2周期平面霍爾效應 π/2-Periodic Planar Hall Effect、線性平面霍爾效應 linear planar Hall effect、非線性平面霍爾效應 nonlinear planar Hall effect
  • 量子霍爾絕緣體(quantum Hall insulator)整數量子拓撲絕緣體 integer quantum Topological insulator半整數量子拓撲絕緣體 half-integer quantum Topological insulator分數量子拓撲絕緣體 fractional quantum Topological insulator
  • 量子反常霍爾態(Quantum anomalous Hall state)/量子反常霍爾效應(Quantum anomalous Hall effect):量子拓撲反常霍爾態 Quantum topological anomalous Hall state,量子反常霍爾效應不依賴於強磁場而是由材料本身的自發磁化產生,在零磁場中就可以實現量子霍爾態。整數量子反常霍爾態(integer Quantum anomalous Hall state)/整數量子反常霍爾效應(integer Quantum anomalous Hall effect)分數量子反常霍爾態(fractional Quantum anomalous Hall state)/分數量子反常霍爾效應(fractional Quantum anomalous Hall effect)半整數量子反常霍爾態(half-integer Quantum anomalous Hall state)/半整數量子反常霍爾效應(half-integer Quantum anomalous Hall effect)
  • 擴展量子反常霍爾態 extended quantum anomalous Hall state擴展整數量子反常霍爾態 Extended Integer Quantum Anomalous Hall state面內量子反常霍爾態 in-plane Quantum anomalous Hall state非線性量子反常霍爾態 Nonlinear Quantum anomalous Hall state軌道磁非線性量子反常霍爾態 Orbital magneto-nonlinear Quantum anomalous Hall state
  • 量子反常霍爾絕緣體(Quantum Anomalous Hall Insulator)(陳絕緣體,二維磁性拓撲絕緣體):半量子反常霍爾絕緣體 half quantum anomalous Hall insulator半整數量子反常霍爾絕緣體 half-integer quantum anomalous Hall insulator分數量子反常霍爾絕緣體 fractional quantum anomalous Hall insulator(分數量子反常霍爾態液體 FQAH liquid,分數陳絕緣體)、本徵量子反常霍爾絕緣體 intrinsic quantum anomalous Hall insulator本徵二維非狄拉克拓撲絕緣體 intrinsic two-dimensional non-Dirac topological insulator,)、量子化反常霍爾絕緣體 quantized anomalous Hall insulator本徵量子化反常霍爾絕緣體 Intrinsic quantized anomalous Hall insulator高陳數反常量子霍爾絕緣體 high-Chern-number Quantum Anomalous Hall Insulator()、圓偏振光可調陳數量子反常霍爾絕緣體 circularly polarized light Tunable Chern number quantum anomalous Hall insulator()、柵極可切換莫爾量子反常霍爾絕緣體 gate-switchable moiré quantum anomalous Hall insulator()、平面外磁化方向高陳數量子反常霍爾絕緣體 out-of-plane magnetization direction high Chern number quantum anomalous Hall insulator()、自旋軌道耦合高陳數量子反常霍爾絕緣體 spin-orbit coupling high Chern number quantum anomalous Hall insulator()、對稱自旋旋轉量子反常霍爾絕緣體 -symmetry spin rotation quantum anomalous Hall insulator()、大量子反常霍爾絕緣體 Large quantum anomalous Hall insulator()、鐵磁量子反常霍爾絕緣體 ferromagnetic quantum anomalous Hall insulator反鐵磁量子反常霍爾絕緣體 Antiferromagnetic quantum anomalous Hall insulator鐵電反鐵磁量子反常霍爾絕緣體 Ferroelectric antiferromagnetic quantum anomalous Hall insulator(High Chern Numbers)、反鐵磁體弗洛凱量子反常霍爾絕緣體 Antiferromagnet Floquet Quantum Anomalous Hall insulator(High Chern Numbers)、奇數層未補償層間反鐵磁體量子反常霍爾態 odd layers uncompensated interlayer antiferromagnet Quantum Anomalous Hall State、偶數層補償層間反鐵磁體量子自旋霍爾態 even layers compensated interlayer antiferromagnet quantum spin Hall state、一階雙曲量子反常霍爾絕緣體 first-order hyperbolic Quantum Anomalous Hall Insulator本徵二階量子反常霍爾絕緣體 Intrinsic Second-Order Quantum Anomalous Hall Insulator自發量子反常霍爾絕緣體 spontaneous quantum anomalous Hall insulator(自發形成環路電流破壞時間反演的陳絕緣體)、對稱性斷裂自發量子反常霍爾絕緣體 recently-reported broken-symmetry spontaneous quantum anomalous Hall insulator自發平面內量子反常霍爾絕緣體 Spontaneous in-plane quantum anomalous Hall insulator
  • 量子自旋霍爾態(Quantum spin Hall state)/量子自旋霍爾效應(Quantum spin Hall effect):拓撲量子自旋霍爾效應 topological quantum spin Hall effect,在沒有外加磁場條件下即使是在非磁性材料中,也存在類似的霍爾效應,自旋向上和自旋向下的電子分別向兩邊運動從而分離開來.與電荷相關的霍爾效應不同,這種霍爾效應與電子的自旋密切相關。整數量子自旋霍爾態(Integer Quantum spin Hall state)/整數量子自旋霍爾效應(Integer Quantum spin Hall effect)半整數量子自旋霍爾態(Half-Integer Quantum spin Hall state)/半整數量子自旋霍爾效應(Half-Integer Quantum spin Hall effect)分數量子自旋霍爾態(Fractional Quantum spin Hall state)/分數量子自旋霍爾效應(Fractional Quantum spin Hall effect)。半整數分數量子自旋霍爾態(Half-Integer Fractional Quantum Spin Hall state),可以被視為自旋向上和自旋向下半整數分數量子霍爾態(spin-up and spin-down half-integer fractional quantum Hall state)的對稱組合,它們具有時間反轉不變性,並保留了自旋的z分量,基於Pfaffian、反Pfaffian,PH Pfaffian、221 分數量子霍爾態以及一般 Abelian 分數量子霍爾態的非Abelian分數量子霍爾態。高階量子自旋霍爾效應 Higher-order quantum spin Hall effect
  • 量子贗自旋霍爾態(Pseudospin Hall state)/量子贗自旋霍爾效應(Pseudospin Hall effect)
    • 贗自旋霍爾效應 Pseudospin Hall effect:對於整數N,無論偶數或奇數,都存在贗自旋N/2的拓撲費米子,並受到系統中空間群對稱性的保護。由於拓撲電荷發出的Berry曲率,當施加有效力時,費米子會發生橫向位移。通過半經典運動方程,可以發現橫向位移取決於贗自旋的分量,符號取決於手性。這種偏移也可以被解釋為總角動量守恆的結果。這種現象稱為拓撲費米子的贗自旋霍爾效應。它也存在於具有贗自旋N/2的玻色子系統中。
  • 聲量子自旋霍爾態 sonic Quantum spin Hall state光量子自旋霍爾態 light Quantum spin Hall state磁量子自旋霍爾態 magnetic Quantum spin Hall state光量子贗自旋霍爾態 light Quantum Pseudospin Hall state聲量子贗自旋霍爾態 sonic Quantum Pseudospin Hall state
    • 自旋霍爾效應 spin Hall effect、逆自旋霍爾效應 Inverse spin Hall effect、塞曼自旋霍爾效應 Zeeman spin Hall effect、拉什巴自旋劈裂對逆自旋霍爾效應 Rashba spin-splitting inverse spin Hall effect、利夫希茲自旋劈裂對逆自旋霍爾效應 Lifshitz spin-splitting inverse spin Hall effect、磁自旋霍爾效應 magnetic spin Hall effect、逆磁自旋霍爾效應 Inverse magnetic spin Hall effect、界面磁自旋霍爾效應 Interfacial magnetic spin Hall effect、光自旋霍爾效應 light spin Hall effect、聲自旋霍爾效應 sonic spin Hall effect、光贗自旋霍爾效應 light Pseudospin Hall effect、聲贗自旋霍爾效應 sonic Pseudospin Hall effect、廣義自旋霍爾效應 generalized spin Hall effect
  • 量子自旋霍爾絕緣體(quantum spin Hall insulator)(二維拓撲絕緣體, Z2 拓撲絕緣體):I型量子自旋霍爾絕緣體 =Type-I quantum spin Hall insulator(具有由時間反轉對稱性保護的螺旋邊緣狀態)、II型量子自旋霍爾絕緣體 =Type-II quantum spin Hall insulator(其自旋極化邊緣態位於相反自旋空間中的不同k點,沒有對稱性保護)、三維量子自旋霍爾絕緣體 Three-dimensional quantum spin Hall insulator半量子自旋霍爾絕緣體 half quantum spin Hall insulator半整數分數量子自旋霍爾絕緣體 Half-Integer Fractional Quantum Spin Hall Insulator分數量子自旋霍爾絕緣體 Fractional Quantum Spin Hall Insulator
    • 近量子化自旋霍爾絕緣體 near-quantized spin Hall insulator近雙量子化自旋霍爾絕緣體 near-double-quantized spin Hall insulator雙量子自旋霍爾絕緣體 Dual quantum spin Hall insulator(兩個QSH狀態組成)、單量子自旋霍爾絕緣體 single quantum spin Hall insulator雙量子自旋霍爾絕緣體 double quantum spin Hall insulator三量子自旋霍爾絕緣體 triple quantum spin Hall insulator磁化量子自旋霍爾絕緣體 magnetized quantum spin Hall insulator鄰近磁化量子自旋霍爾絕緣體 Proximity-magnetized quantum spin Hall insulator偶極量子自旋霍爾絕緣體 dipolar quantum spin Hall insulator大間隙量子自旋霍爾絕緣體 Large-Gap Quantum Spin Hall Insulator大間隙二維量子自旋霍爾絕緣體 large-gap two-dimensional quantum spin Hall insulator原子薄拓撲絕緣體 atomically thin topological insulator)、巨間隙量子自旋霍爾絕緣體 Giant gap quantum spin Hall insulator按需量子自旋霍爾絕緣體 On-demand quantum spin Hall insulator磁性弗洛凱量子自旋霍爾絕緣體 Magnonic Floquet Quantum Spin Hall Insulator鐵磁量子自旋霍爾絕緣體 ferromagnetic quantum spin Hall insulator反鐵磁量子自旋霍爾絕緣體 Antiferromagnetic quantum spin Hall insulator(堆垛2D半量子反常霍爾絕緣體 2D half quantum anomalous Hall insulator,高自旋陳數,高偶數自旋陳數)、鐵電量子自旋霍爾絕緣體 Ferroelectric quantum spin Hall insulator本徵鐵電量子自旋霍爾絕緣體 intrinsic Ferroelectric Quantum Spin Hall Insulator標準時間反轉不變量子自旋霍爾絕緣體 standard time-reversal invariant quantum spin Hall insulator時間反轉對稱破缺量子自旋霍爾絕緣體 time-reversal-symmetry-broken quantum spin Hall insulator電荷共軛-時間反轉不變量量子自旋霍爾絕緣體 CT-invariant quantum spin Hall effect insulator
  • 光學量子自旋霍爾絕緣體 Optical quantum spin Hall insulator光子量子自旋霍爾絕緣體 Photonic quantum spin Hall insulator聲學量子自旋霍爾絕緣體 acoustic quantum spin Hall insulator聲子量子自旋霍爾絕緣體 Phononic quantum spin Hall insulator磁子量子自旋霍爾絕緣體 Magnon quantum spin Hall insulator斯格明子量子自旋霍爾絕緣體 Skyrmion Quantum spin Hall insulator極化激元量子自旋霍爾效應 Polariton Quantum spin Hall insulator反射光子量子自旋霍爾效應 Reflected Photonic Quantum Spin Hall insulator雙曲光子量子自旋霍爾絕緣體 hyperbolic Photonic quantum spin Hall insulator彎曲雙曲光子量子自旋霍爾絕緣體 curved hyperbolic Photonic quantum spin Hall insulator垂直雙曲光學量子自旋霍爾絕緣體 Vertical Hyperbolic Optical quantum spin Hall insulator光學隱對稱保護量子贗自旋霍爾絕緣體 optical Hidden-symmetry-protected quantum pseudo–spin Hall insulator理想聲學量子自旋霍爾絕緣體 Ideal acoustic quantum spin Hall insulator非線性二次諧波光子自旋霍爾效應絕緣體 Nonlinear second-harmonic Photons Spin Hall Effect insulator非線性拓撲磁振子量子自旋霍爾絕緣體 Nonlinear Topological Magnon quantum Spin Hall insulator(玻色子)、廣義表面極化激元量子自旋霍爾絕緣體 Generalized Surface Polaritons quantum spin Hall insulator聲學合成量子贗自旋霍爾絕緣體 acoustic Synthetic quantum Pseudo-Spin-Hall insulator
  • 量子自旋霍爾半金屬(Quantum Spin Hall Semimetal)拓撲保護費米液體 topologically protected Fermi liquids光拓撲量子自旋霍爾半金屬 Light Topological Quantum Spin Hall Semimetal
  • 量子谷霍爾態(Quantum Valley Hall State)/量子谷霍爾效應(Quantum Valley Hall Effect)量子亞谷霍爾態(Quantum subvalley Hall State)/量子亞谷霍爾效應(Quantum subvalley Hall effect)量子層霍爾態(Quantum Layer Hall State)/量子層霍爾效應(Quantum Layer Hall Effect)拓撲量子谷霍爾態 topological quantum valley Hall state拓撲量子亞谷霍爾態 topological quantum subvalley Hall state拓撲層霍爾態 topological Layer Hall state零貝里曲率量子谷霍爾態 zero Berry curvature Quantum Valley Hall state(非厄米態)
    • 谷霍爾效應 valley Hall effect、逆谷霍爾效應 Inverse valley Hall effect、晶體谷霍爾效應 Crystal valley Hall effect、谷層霍爾效應 Valley–Layer Hall Effect、層谷霍爾效應 Layer-Valley Hall Effect、層鎖多谷霍爾效應 Layer-Locked Multiple Valley Hall effect、層霍爾效應 Layer Hall Effect、逆層霍爾效應 Inverse Layer Hall Effect、可調式巨谷選擇性霍爾效應 Tunable and giant valley-selective Hall effect、伊辛-拉什巴自旋軌道耦合谷霍爾效應 Ising-Rashba Spin-orbit coupling valley Hall effect、拉什巴-崔瑟豪斯自旋軌道耦合谷霍爾效應 Rashba-Dresselhaus spin-orbit coupling valley Hall effect、電子谷霍爾效應 electrons valley Hall effect、激子谷霍爾效應 excitons valley Hall effect、光學谷霍爾效應 Optical valley Hall effect、光學電子谷霍爾效應 Optical electrons valley Hall effect、光學激子谷霍爾效應 Optical excitons valley Hall effect、聲學谷霍爾效應 Acoustic Valley-Hall effect、等離子體谷霍爾效應 plasmonic valley-Hall effect、光子谷霍爾效應 photonic Valley-Hall effect、聲子谷霍爾效應 phononic Valley-Hall effect、
    • 非線性谷霍爾效應 Nonlinear Valley Hall Effect、非線性聲谷霍爾效應 nonlinear acoustic valley Hall effect、非線性光谷霍爾效應 nonlinear Optical valley Hall effect
  • 聲學量子谷霍爾態 Acoustic quantum valley-Hall state光學量子谷霍爾態 Optical quantum valley-Hall state光子量子谷霍爾態 photonic quantum valley-Hall state聲子量子谷霍爾態 phononic quantum valley-Hall state等離子體量子谷霍爾態 plasmonic quantum valley-Hall state
  • 谷霍爾拓撲絕緣體(Valley-Hall Topological insulator)亞谷霍爾拓撲絕緣體(SubValley-Hall Topological insulator)層霍爾拓撲絕緣體(Layer Hall Topological insulator)聲谷霍爾拓撲絕緣體 sonic valley Hall Topological insulator光谷霍爾拓撲絕緣體 light valley Hall Topological insulator聲學谷霍爾拓撲絕緣體 Acoustic Valley-Hall Topological insulator光學谷霍爾拓撲絕緣體 Optical Valley-Hall Topological insulator光子谷霍爾拓撲絕緣體 photonic Valley-Hall topological insulator聲子谷霍爾拓撲絕緣體 phononic Valley-Hall topological insulator等離子體谷霍爾拓撲絕緣體 plasmonic valley-Hall topological insulator混合等離子體谷霍爾拓撲絕緣體 Hybrid plasmonic valley-Hall topological insulator
  • 量子反常谷霍爾態(Quantum Anomalous valley Hall state)/量子反常谷霍爾效應(Quantum Anomalous valley Hall Effect)量子反常層霍爾態(Quantum Anomalous Layer Hall state)/量子反常層霍爾效應(Quantum Anomalous Layer Hall Effect)層堆疊量子反常霍爾效應 layer-stacking quantum anomalous Hall effect
    • 反常谷霍爾效應 Anomalous valley Hall Effect、反常逆谷霍爾效應 Anomalous inverse valley Hall Effect、反常雙谷霍爾效應 Anomalous dual valley Hall effect、非平衡反常谷霍爾效應 Non-Equilibrium Anomalous Valley Hall Effect、層鎖定反常谷霍爾效應 Layer-locked anomalous valley Hall effect、自旋-層鎖定反常谷霍爾效應 spin-layer locked anomalous valley Hall effect、反常層霍爾效應 Anomalous Layer Hall Effect、反常逆層霍爾效應 anomalous inverse Layer Hall effect、
  • 谷極化量子反常霍爾絕緣體(Valley-polarized quantum anomalous Hall insulator)谷極化拓撲絕緣體 valley polarized topological insulator)、谷極化量子反常霍爾半導體 valley-polarized quantum anomalous Hall semiconductor本徵谷極化量子反常霍爾絕緣體 Intrinsic valley-polarized quantum anomalous Hall insulator弗洛凱谷極化量子反常霍爾絕緣體 Floquet Valley-Polarized Quantum Anomalous Hall insulator單谷自旋極化量子反常霍爾絕緣體 single-valley spin-polarized quantum anomalous Hall insulator自旋非極化量子反常霍爾絕緣體 spin-unpolarized quantum anomalous Hall insulator谷非極化量子反常霍爾絕緣體 valley-unpolarized quantum anomalous Hall insulator自旋谷極化量子反常霍爾絕緣體 Spin-valley polarized quantum anomalous Hall insulator(其中一個自旋的子系統是谷霍爾拓撲絕緣體,另一個自旋是量子反常霍爾絕緣體)、量子自旋量子反常霍爾絕緣體 Quantum Spin-Quantum Anomalous Hall Insulator(量子反常霍爾效應發生在一個谷,量子自旋霍爾效應出現在另一個谷)、谷相干量子反常霍爾絕緣體 Valley-Coherent Quantum Anomalous Hall Insulator層極化量子反常霍爾絕緣體 layer-polarized quantum anomalous Hall Insulator自旋-谷-層極化量子反常霍爾絕緣體 spin-valley-layer polarized quantum anomalous Hall Insulator
  • 破缺對稱量子霍爾態(Broken-Symmetry Quantum Hall state):谷、自旋和層極化的相對強度相互作用導致的破缺對稱態及其躍遷,能隙表現出電子-空穴不對稱行為,在偶數和奇數填充因子態之間,它們對誘導位移場的依賴性是相反的。具有破缺谷和層自旋對稱性的量子霍爾態通過層間隧穿進行雜化,並且由於層間電荷不平衡,量子霍爾態的層次對磁場和位移場都很敏感。
    • 向列拓撲絕緣體(Nematic topological insulator)對稱性破缺絕緣體 symmetry breaking insulator拓撲味極化絕緣體 topological flavor-polarized Insulator):拓撲自旋極化絕緣體 topological spin polarized Insulator拓撲谷極化絕緣體 topological valley polarized Insulator拓撲子晶格極化絕緣體 topological sublattice polarized Insulator拓撲層極化絕緣體 topological layer polarized Insulator破缺對稱性格點向列序型絕緣體 break symmetric site-nematic order insulator
    • 向列拓撲半金屬(Nematic topological semimetal)旋轉對稱性破缺 -對稱保護半金屬 rotation symmetry breaking -symmetric preserving semimetal)、無間隙向列半金屬 gapless nematic semimetal
    • 自旋極化量子霍爾態 spin-polarized quantum Hall state(自旋極化量子霍爾液體 Spin-polarized quantum Hall liquid)、贗自旋極化量子霍爾態 Pseudospin-polarized quantum Hall state(贗自旋極化量子霍爾液體 pseudospin-polarized quantum Hall liquid)、子晶格贗自旋極化霍爾態 sublattice pseudospin polarization Hall state谷極化量子霍爾態 Valley polarized quantum Hall state層極化量子霍爾態 layer-polarized quantum Hall state部分極化量子霍爾態 partially polarized quantum Hall state
  • 量子谷自旋霍爾絕緣體 quantum Valley spin Hall insulator量子層自旋霍爾絕緣體 quantum layer spin Hall insulator量子谷層自旋霍爾絕緣體 quantum Valley layer-Spin Hall insulator
  • 量子自旋谷霍爾絕緣體(quantum spin-valley Hall insulator)拓撲自旋谷霍爾態 topological spin-valley Hall state光學可重構量子自旋谷霍爾絕緣體 Optically reconfigurable quantum spin-valley Hall insulator
  • 量子軌道霍爾態(Quantum Orbital Hall State)/量子軌道霍爾效應(Quantum Orbital Hall Effect)拓撲軌道霍爾態 topological orbital Hall state
    • 軌道霍爾效應 orbital Hall effect(產生橫向於外電場的電子軌道角動量流)、逆軌道霍爾效應 Inverse orbital Hall effect、巨軌道霍爾效應 Giant orbital Hall effect、本徵磁子軌道霍爾效應 Intrinsic Magnon Orbital Hall Effect、巨磁振子軌道霍爾效應 Giant magnon orbital Hall effect、磁子介導電荷自旋軌道霍爾效應 Magnon Mediated Charge-Spin-Orbital Hall effect
  • 量子自旋軌道霍爾態(Quantum spin-orbit Hall State)/量子自旋軌道霍爾效應(Quantum spin-orbit Hall effect)
    • 自旋軌道霍爾效應 spin-orbit Hall effect、聲學幾何自旋軌道霍爾效應 acoustic geometric spin orbital Hall effect、光學自旋軌道霍爾效應 optical spin-orbit Hall effect、自旋軌道光學霍爾效應 Spin-Orbit Optical Hall Effect、多重光學自旋軌道霍爾效應 Multiple optical spin-orbit Hall effect
  • 量子軌道角動量霍爾態(Quantum orbital angular momentum Hall State)/量子軌道角動量霍爾效應(Quantum orbital angular momentum Hall effect)
    • 軌道角動量霍爾效應 orbital angular momentum Hall effect、聲學軌道角動量霍爾效應 Acoustic orbital angular momentum Hall effect、光學軌道角動量霍爾效應 Optics orbital angular momentum Hall effect
  • 量子反常軌道霍爾態(Quantum Anomalous orbital Hall state)/量子反常軌道霍爾效應(Quantum Anomalous orbital Hall Effect)
    • 反常軌道霍爾效應 Anomalous orbital Hall Effect、反常逆軌道霍爾效應 anomalous inverse orbital Hall effect
  • 軌道霍爾拓撲絕緣體(orbital Hall Topological insulator)
  • 量子宇稱霍爾態(Quantum parity Hall state)/量子宇稱霍爾效應(Quantum parity Hall effect):在系統的鏡像反射對稱下,邊界通道由偶數或奇數宇稱區分。
  • 光致扭角電子霍爾態(Opto-twistronic Hall state)/光致扭角電子霍爾效應(Opto-twistronic Hall effect)
  • 雙極量子霍爾相(bipolar quantum Hall phase):同一量子阱中不同谷處空穴和電子手性邊緣態的共存。
  • 拓撲熱霍爾態(Topological thermal Hall state)/拓撲熱霍爾效應(Topological thermal Hall effect):熱霍爾效應可以起源於磁振子(磁振子霍爾效應 magnon Hall effect),斯格明子(斯格明子霍爾效應 Skyrmion Hall Effect)、光子(光子霍爾效應 photo Hall effect)、聲子(聲子霍爾效應 Phonon Hall effect),或它們的組合(磁振子-極化子霍爾效應 magnon-Polaron Hall effect)。大熱霍爾效應 Large Thermal Hall Effect、聲子熱霍爾效應 Phonon thermal Hall effect、磁子熱霍爾效應 magnon thermal Hall effect、磁振子拓撲熱霍爾效應 magnons topological thermal Hall effect、量子化磁熱霍爾效應 quantized magnetic thermal Hall effect、拓撲磁子霍爾效應 Topological Magnon Hall effect(非共線磁結構(如斯格明子) 可以產生虛擬磁場, 會導致磁子熱霍爾效應 magnon thermal Hall effect,這種霍爾效應完全由磁結構的局域非零拓撲荷密度導致)、拓撲蜂窩磁振子霍爾效應 Topological honeycomb magnon Hall effect
  • 拓撲反常熱霍爾態(Topological Anomalous Thermal Hall state)/拓撲反常熱霍爾效應(Topological Anomalous Thermal Hall Effect)半整數量子化反常熱霍爾態 Half-integer quantized anomalous thermal Hall state
  • 拓撲自旋熱霍爾態(Topological Spin thermal Hall state)/拓撲自旋熱霍爾效應(Topological Spin thermal Hall effect)熱量子自旋霍爾效應 Hot quantum spin Hall effect
    • 自旋熱霍爾效應 Spin Thermal Hall Effect、逆自旋熱霍爾效應 Inverse Spin Thermal Hall Effect
  • 非阿貝爾拓撲態(Non-Abelian topological state):在數學中,阿貝爾算子是可交換的,這意味着兩個連續運算的結果不取決於它們的書寫順序。如果關注單個帶隙,那麼拓撲物理系統通常由阿貝爾群分類,其中最主要的例子是厄米拓撲絕緣體和超導體的十重分類。一旦考慮多個帶隙,它們的耦合就會引入更豐富的物理,從而使分類變得非阿貝爾。非阿貝爾群已被用來描述 PT(反演和時間反演)對稱系統中可接受的節點線配置、狄拉克/韋爾點編織和三重節點。當涉及更多能帶時,就會出現更豐富的非阿貝爾拓撲電荷。具有時空反轉(PT)或 C2T(時間反轉的雙重旋轉)對稱性的系統中的能帶簡併可以容納非阿貝爾電荷,這些能帶簡併性可以相互編織,產生能帶子空間(能帶組),這些能帶子空間包含帶類似電荷的節點,這些節點不能相互湮滅,這樣的過程產生了一種新的多間隙相,其中雙帶子空間表現出多間隙拓撲不變量,即歐拉類。非阿貝爾拓撲絕緣體非阿貝爾拓撲超導體非阿貝爾拓撲玻色子等。
    • N帶非阿貝爾拓撲絕緣體(N-band non-Abelian topological insulator)偶數帶非阿貝爾拓撲絕緣體 even-band non-Abelian topological insulator兩帶非阿貝爾拓撲絕緣體 two-band non-Abelian topological insulator四帶非阿貝爾拓撲絕緣體 Four-band non-Abelian topological insulator)、奇數帶非阿貝爾拓撲絕緣體 odd-band non-Abelian topological insulator三帶非阿貝爾拓撲絕緣體 three-band non-Abelian topological insulator)、二維四帶PT(反演和時間反演)對稱非阿貝爾拓撲絕緣體 Four-band PT (inversion and time-reversal) symmetric non-Abelian topological insulator
    • N帶非阿貝爾拓撲半金屬(N-band non-Abelian topological semimetal):、一維光子三帶四元數非阿貝爾拓撲電荷節點線拓撲半金屬 One-Dimensional photonic three-band quaternion numbers non-abelian topological charges nodal lines topological semimetal光子非阿貝爾電荷節點鏈環拓撲半金屬 Photonic Non-Abelian Charged Nodal Links topological semimetal聲子三帶四元數非阿貝爾拓撲電荷節點線拓撲半金屬 phononic three-band quaternion numbers non-abelian topological charges nodal lines topological semimetal
  • 非厄米拓撲態(non-Hermitian topological state):量子力學的一個基本公理要求可觀察性,如封閉系統的哈密頓量,是自伴算子,通常由厄米矩陣表示。然而,真實的物理系統至少在某種程度上與它們的環境相耦合,耗散過程的存在使它們的描述更加複雜:薛定諤方程(具有厄米哈密頓量)被控制密度矩陣時間演化的Liouvillian超算子所取代。有效的非厄米哈密頓量為完全微觀的方法提供了一種概念上更簡單、直觀的替代方案。PT 對稱哈密頓量已被證明是一種有效的具有平衡增益和損耗的耗散系統的描述。在耗散環境中將拓撲相的概念擴展到非厄米系統已成為當前研究的一個廣泛前沿。在此背景下,拓撲系統的許多獨特的非厄米方面已經被揭示出來。包括伴隨着非厄米皮膚效應的異常體邊界對應、具有開放費米-塞弗特曲面的異常節點相的普遍存在,以及一個通用對稱系統 Bernard-LeClair(BL)對稱分類,該系統構成了無帶隙和帶隙非厄米拓撲相拓撲分類的基礎。非厄米豐富了現有厄米框架之外的拓撲相位,非隱性破壞了Altland-Zirnbauer(AZ) 對稱性分類。由於缺乏隱性,電荷共軛是根據轉座而不是複雜共軛定義的,因此手性對稱性與亞晶格對稱性不同。非厄米性使 Altland-Zirnbauer 對稱性的厄米共軛對應物成為可能。考慮到亞晶格對稱性或偽厄米特性作為額外的對稱性,對稱類的總數是38個,描述了內稟的非厄米拓撲相位以及非厄米隨機矩陣。由於能譜的複雜性,非厄米系統具有兩種不同類型的復能隙,即點狀和線狀空隙。基於這些概念和𝐾-理論,非厄米拓撲結構取決於復能隙的類型,並且每個對稱類和每個空間維度都出現了多個拓撲結構,確定了阻止非厄米特蒙膚效應的對稱性。提供了厄米和非厄米自由玻色子的拓撲分類。拓撲單帶模型 Topological one-band models、雙帶非厄米模型 Two-banded Non-Hermitian models、拓撲非厄米金屬 Topological non-Hermitian metal、對稱保護節點相 Symmetry-protected nodal phases、高階異常點 Higher-order exceptional points、對稱保護點間隙相 Symmetry-protected point-gapped phases、對稱保護線間隙相 Symmetry-protected line-gapped phases
  • 非線性拓撲態(nonlinear topological state):大多數的拓撲系統結構都是線性的,即服從所謂的疊加原理,但是非線性在許多物理系統中廣泛存在,它可以導致許多有趣的效應,例如諧波生成、自聚焦和孤子傳播。當系統中非線性變強時,周期性結構的模態解不能再使用類布洛赫函數來表徵,以至於不能準確定義能帶結構和拓撲不變量,與傳統的線性拓撲結構相比,非線性拓撲結構提供了可重構性。此類拓撲系統的非線性行為意味着其邊界態的動力學依賴於激發強度,通過調節外部泵浦能量強度,不僅可以控制拓撲相變,還可以控制相應帶隙內邊界態的特徵。
  • 拓撲缺陷態(topological defect state):當局部缺陷被引入到拓撲晶格中,而整體的晶格對稱性並沒有被破壞時,邊界態或角態依然存在。這些拓撲缺陷由於在有序結構中構成局部扭結或障礙物,因此不能通過晶格重排或連續變形來修復。拓撲缺陷包含一個序列被破壞的核心和一個緩慢變化的外部區域,可以根據破壞的對稱類型來標記缺陷。例如,旋錯和位錯分別破壞了旋轉和平移晶格對稱性,有其他典型的拓撲缺陷,比如多晶石墨烯中晶體之間的拓撲線缺陷即晶界,以及在拓撲超導體中可以將Majorana束縛態束縛在渦旋核的拓撲渦旋等。拓撲缺陷系統的特徵也無法用常規的基於倒空間中布洛赫能帶理論進行表徵。
  • 動態拓撲相(Dynamical topological phase):對一般相干擾動絕對穩定的湧現動態對稱性。准周期驅動緊急動態對稱保護拓撲相 quasiperiodically driven emergent dynamical symmetry-protected topological phase (EDSPT)
  • 乘法拓撲態(multiplicative topological state):其特徵類似於多粒子Fock空間的張量積Hilbert空間,通過對哈密頓量的分量施加對稱性進行推廣,這些分量是乘法組合的,即通過向量空間積而不是直接和。這種方法極大擴展了物質的對稱保護拓撲相的可能集合,因為在研究拓撲時已經考慮過的一大組對稱性可以組合在一起,允許一組母物質相組合成一個子物質相,綜合母物質的性質。這些對稱性中的許多是常見的,表明乘法拓撲可能出現在電子系統的其他情況下。可以進一步擴展到各種非電子拓撲相和受驅動或非厄米系統,也擴展了這些拓撲相的每一組。乘法拓撲相是一種優雅而直觀的方法,可以具體構造無數無間隙 SPT,包括那些高維、穩定和內在的 SPT,即使在沒有平移對稱性的系統中實現乘法拓撲相。基於基礎霍普夫相(Hopf phases)和陳絕緣體相(Chern insulator phases),乘法拓撲霍普夫絕緣體(multiplicative Topological Hopf insulator,MHI)乘法拓撲陳絕緣體(multiplicative Topological Chern insulator,MCI)引入了物質的乘法拓撲相。MHI 顯示了母相的獨特性質以及子相的非平凡拓撲,還有乘法拓撲霍普夫超導體(multiplicative Topological Hopf superconductors)中的類似結構,因為這些倍增相部分受到粒子空穴對稱性的保護。MCI 相實現了拓撲保護的無間隙狀態,在開放邊界條件下,該狀態不會從價帶延伸到導帶,這與保護拓撲相的對稱性有關。MCI 中發現的能帶連通性可以作為具有奇異屬性的潛在乘法拓撲的藍圖。乘法拓撲半金屬 Multiplicative topological semimetal乘法外爾半金屬 multiplicative Weyl semimetal
  • 時空拓撲態(Space-time-topological state):時間與空間在本質上卻存在關鍵區別:時間具有不可逆的方向性,而空間是對稱的;這意味着,時間中並不支持類似於空間中那樣的「反射」機制,反而催生了一種全新的時間反射;與之對應的,是一種局域在時間接口的拓撲態,其產生機制並非依賴於能隙,而是依賴於動量帶隙的拓撲結構。其顯著特徵是系統的能譜出現複數值,導致解在時間上表現為指數增長或衰減,類似於能隙中出現的「空間倏逝波」。動量隙在驅動系統或耗散系統(即非厄米系統)中常見,因此時間拓撲與非厄米物理天然相關聯。通過構建一個帶有可調增益-損耗調製和耦合結構的光子晶格,提出並定義了「時間拓撲不變量」,構建了一個同時具有能量帶隙與動量帶隙的系統,觀測到一種在空間與時間維度同時局域的拓撲態,稱之為「時空拓撲事件」。這類全新的拓撲狀態展現出一系列獨特的物理行為,包括:因果性抑制耦合和局域性的有限崩塌等。
  • 內稟混合態拓撲序(Intrinsic mixed-state topological order):開放量子系統中固有的拓撲序,混合態中長程量子糾纏的持久性。這一定義將拓撲序的概念擴展到純態之外,突顯了在噪聲環境中保持拓撲特性的潛力。通過引入費米子任意子並利用局部量子通道在托里克碼(Toric Code)中實現。混合態可以表現出非零的拓撲糾纏負能量。這表明即使在噪聲和退相干下,量子系統仍能保持某種形式的拓撲量子糾纏。通過量子奇異性引入了一種實現混合態拓撲序的一般構造方法。這一方法揭示了存在非玻色子無退相干子空間的可能性。
  • 玻色子拓撲態 bosons topological state):拓撲瓦爾瑪超流體 Topological Varma superfluid
  • 脆弱拓撲態(fragile topological state):如果一組能帶可以由對稱的指數局域的瓦尼爾函數(Wannier)表示出來 (瓦尼爾代表 Wannier-representable),那麼它們是平庸 (trivial) 的,如果無法用對稱的局域瓦尼爾函數表示一組能帶 (瓦尼爾阻礙 Wannier obstruction),該組能帶是拓撲能帶。對於拓撲能帶,如果一組拓撲能帶加上一些平庸能帶之後變成 Wannier-representable 的平庸能帶,那麼該拓撲能帶是脆弱拓撲能帶(fragile topological bands),而如果該組拓撲能帶加上任何平庸能帶得到的依然是有 Wannier obstruction 的拓撲能帶,該組拓撲能帶是穩定拓撲能帶(stable topological bands)。幾乎所有固態晶體裡都會出現的「脆弱」拓撲結構。脆弱拓撲絕緣體 fragile topological insulator磁性脆弱拓撲 magnetic fragile topological
  • 精細拓撲態(Delicate topological state):具有相互交織的穩定和精細的拓撲結構。它們都帶有在旋轉對稱下異常變換的無間隙表面態。具有指數局部化的基態波函數,但不能完全局限於單個原始晶胞內。路德維希半金屬 Luttinger semimetal精細拓撲半金屬 Delicate Topological semimetal精細拓撲超導體 Delicate Topological superconductor精細拓撲絕緣體 Delicate Topological Insulator富RTP弱拓撲絕緣體 RTP-Enriched Weak Topological Insulator富RTP外爾半金屬 RTP-Enriched Weyl Semimetal旋轉保護精細拓撲絕緣體 rotation-protected delicate topological insulator鏡像保護精細拓撲半金屬 mirror-protected delicate topological semimetal
  • 拓撲超導體(Topological superconductors)拓撲超固態(Topological Supersolids)拓撲超流態(Topological Superfluids):拓撲超導體是拓撲絕緣體在超導上的類比,在邊界處具有無能隙的安德烈夫(Andreev)邊緣態,因為邊緣態零模,即馬拉約那費米子。拓撲超流體,其內部受能隙保護,而在系統邊緣卻可以激發出無能隙的馬約拉納費米子。利用對稱性可以將拓撲超流態分為時間反演不變的拓撲超流態和時間反演對稱破壞的拓撲超流態。具有時間反演不變的拓撲超流態在體系統裡面有配對能隙,其表面態具有馬約拉納費米子。自旋軌道耦合超導體是常見的時間反演不變的拓撲超導體,自旋向上的費米子配對為態,自旋向下的費米子配對為態,這類拓撲超導態在體系統裡面有能隙,在材料邊界上有相向傳播的馬約拉納費米子。異質結構拓撲超導體 heterostructure Topological Superconductors自賦性拓撲超導體 Connate Topological Superconductors內稟拓撲超導體 intrinsic Topological Superconductors(本徵)、內稟二階拓撲超導體 intrinsic second-order Topological Superconductors兩組分拓撲超流體 two-component topological superfluid三組分拓撲超流體 Three-component topological superfluid大陳數拓撲超流 Large Chern number topological superfluids傅-凱恩拓撲超導體 Fu-Kane topological superconductors非阿貝爾拓撲超導體 Non-Abelian topological superconductors自旋三重態谷單重態超導體 spin-triplet valley-singlet superconductors弗洛凱拓撲超流態 Floquet Topological Superfluid手性保護拓撲超流體 chiral protected topological superfluid-A相)對稱保護拓撲超流體 Symmetry protected topological superfluid-B)、自旋極化(無自旋)波拓撲超導體 spin-polarized (spinless) -wave topological superconductor時間反轉不變拓撲超導體 Time-reversal-invariant topological superconductors/superfluids(2D、3D)、晶格對稱性輔助二階拓撲超導體/超流體Lattice-Symmetry-Assisted Second-Order Topological SuperconductorsD維(D=1,2,3)鏡像和時間反轉對稱拓撲超導體 D-dimensional (D=1, 2, 3) mirror and time-reversal symmetries topological superconductors鏡像對稱保護拓撲超流體 Mirror-symmetryprotected topological superfluid對稱螺旋拓撲超導體 -symmetric helical topological superconductor對稱螺旋加手性拓撲超導體 -symmetric helical + chiral topological superconductor非中心對稱拓撲超導體 noncentrosymmetric topological superconductors非均勻拓撲超流體 Inhomogeneous topologicalsuperconductors強相互作用超流體 strongly interacting superfluid
    • 一維拓撲超導體(one dimensional topological superconductors)一維拓撲超流體(one dimensional topological Superfluids)一維波拓撲超流體/超導體 one-dimensional -wave topological Superfluids/superconductors一維二位基塔耶夫鏈拓撲超導體 one dimensional two-site Kitaev chain topological superconductors一維三位基塔耶夫鏈拓撲超導體 one dimensional three-site Kitaev chain topological superconductors一維原子拓撲超流體 onedimensional atomic topological superfluid
    • 二維拓撲超導體(two dimensional topological superconductors)二維拓撲超流體(two dimensional topological Superfluids)二維手性拓撲超流體/超導體 two dimensional chiral topological Superfluid/superconductors二維螺旋拓撲超流體/超導體 two dimensional helical topological Superfluids/superconductors自旋單重態 波拓撲超流體/超導體 spin-singlet -wave topological Superfluids/superconductors自旋單重態 波拓撲超流體/超導體 spin-singlet -wave topological Superfluids/superconductors自旋單重態 波拓撲超流體/超導體 spin-singlet -wave topological Superfluids/superconductors自旋單重態 波拓撲超流體/超導體 spin-singlet -wave topological Superfluids/superconductors波拓撲超流體/超導體 -wave topological Superfluids/superconductors波拓撲超流體/超導體 -wave topological Superfluids/superconductors波拓撲超流體/超導體 -wave topological Superfluids/superconductors手性()波拓撲超流體/超導體 chiral ()-wave topological Superfluids/superconductors手性波拓撲超流體/超導體 chiral -wave topological Superfluids/superconductors交錯手性玻色子波超流體/超導體 staggered chiral bosonic -wave superfluids/superconductors手性波拓撲超流體/超導體 chiral -wave topological Superfluids/superconductors手性波拓撲超流體/超導體 chiral -wave topological Superfluids/superconductors手性波拓撲超流體/超導體 chiral -wave topological Superfluids/superconductors手性波拓撲超流體 chiral -wave topological Superfluids/superconductors手性波拓撲超流體/超導體 -wave topological Superfluids/superconductors手性自旋三重態波拓撲超流體/超導體 chiral spin-triplet -wave topological Superfluids/superconductor手性自旋三重態波拓撲超流體/超導體 chiral spin-triplet -wave topological Superfluids/superconductor波費米拓撲超流體 -wave Fermi topological superfluids手性平帶拓撲超導體 Chiral flat-band topological superconductor
    • 三維拓撲超導體(three dimensional topological superconductors)三維波拓撲超導體 three dimensional -wave topological superconductors三維波拓撲超導體 three dimensional -wave topological superconductors三維手性波拓撲超導體 three dimensional chiral -wave topological superconductors非幺正波拓撲超導體 nonunitary -wave Topological superconductors
    • 釕酸鍶(Sr2RuO4)的可能超導態被組織成點群的不可約表示,特別強調出現在超導間隙內的節點,許多理論建議被提出作為潛在的超導序參量,二維態:,晶體點群的不可約表示:,螺旋配對態:helical pairings state:,偶宇稱和奇宇稱超導性:(奇宇稱偶宇稱(even- and odd-parity)不可約表示的組合)、、mixed state、Helical state、Helical state、[1, 0, 0]-nematic{}、[1, 1, 0]-nematic 、chiral ,軌道間配對態 inter-orbital pairing state:,多軌道單線態配對超導性:,加上奇數頻率超導性:。三維態: -like,三維向列奇宇稱超導性:、helical state。
    • 高階拓撲超導體(higher-order Topological superconductors)高階拓撲超流體(higher-order Topological Superfluids)二維高階拓撲超流體/超導體 two-dimensional higher-order topological Superfluids/superconductors三維高階拓撲超導體 three-dimensional higher-order topological superconductors一階拓撲超流體/超導體 first-Order Topological Superfluids/superconductors二階拓撲超流體/超導體 Second-order Topological Superfluids/superconductors三階拓撲超導體 third-order Topological superconductors二維二階拓撲者超導體 two-dimensional Second-order Topological superconductors弱配對高階拓撲超導體 Weak-pairing higher order topological superconductors反射對稱二階拓撲超導體 Reflection-symmetric second-order topological superconductors
    • 拓撲狄拉克超導體(Topological Dirac superconductors)拓撲狄拉克超流體(Topological Dirac Superfluids)三維狄拉克拓撲超導體 three-dimensional Dirac Topological superconductors
    • 拓撲外爾超導體(Topological Weyl superconductors)拓撲外爾超流體(Topological Weyl Superfluids)三維外爾拓撲超導體 three-dimensional Weyl Topological superconductors
    • 拓撲節點超導體(Topological nodal superconductors)拓撲節點超流體(Topological nodal Superfluids)拓撲節點非中心對稱超流體/超導體 Topological Nodal non-centrosymmetric Superfluids/superconductors拓撲節點波超導體 Topological Nodal -wave superconductors節點狄拉克拓撲超導體 nodal Dirac topological superconductors節點外爾拓撲超導體 nodal Weyl topological superconductors二維節點點類外爾拓撲超導體 two-dimensional nodal point Weyl-like topological superconductors環面體節點線拓撲超導體 Hosohedral nodal-line topological superconductor節點向列波超導體 Nodal Nematic -wave topological superconductor節線超導體 Nodal-line superconductor節點環拓撲超流體 nodal-ring topological superfluids扭曲節點超導體 Twisted Nodal Superconductor
    • 單極諧波超導體(monopole harmonic superconductor):當超導配對發生在具有不同陳數的費米面之間時,庫珀對具有非平凡的對貝里相,從而強化了配對間隙節點。由此產生的配對序的特點在於非零的對單極子電荷(pair monopole charge),並用單極子諧波來描述。
    • 分數化拓撲超導體 Three Dimensions Fractionalized topological Superconductors分數化拓撲超流體 Three Dimensions Fractionalized topological Superfluids三維分數化拓撲超流體/超導體 Three Dimensions Fractionalized topological Superfluids/Superconductors
    • 拓撲旋子超導體(topological roton superconductor):電荷密度波(CDW)態的持續軌道環電流(LC)電子序,LC CDW是一種陳氏金屬,部分填充的陳帶容納三個陳費米口袋。
    • 拓撲斯格明子超導體(topological skyrmion superconductor):對稱破缺凝聚體導致有序絕緣體,而凝聚體中的拓撲孤子斯格明子是電荷2e玻色子,斯格明子的凝聚形成了超導體,斯格明子紋理為主要電荷載流子。二維拓撲斯格明子超導體 two-dimensional topological skyrmion superconductor三維拓撲斯格明子超導體 hree-dimensional topological skyrmion superconductor二維手性拓撲斯格明子超導體 two-dimensional chiral topological skyrmion superconductor(CTSS)(Skyrme superconductor)、二維螺旋拓撲斯格明子超導體 two-dimensional helical topological skyrmion superconductor(HTSS)(Antiskyrme superconductor)、四帶手性拓撲斯格明子超導體 four-band chiral topological skyrmion superconductor
    • 拓撲霍普夫超導體(Topological Hopf superconductor)
    • 拓撲BCS超導體(Topological Bardeen-Cooper-Schrieffer(BCS) superconductors)拓撲BCS超流體(Topological Bardeen-Cooper-Schrieffer(BCS) Superfluids):縱向磁場驅動的基於BCS 配對的拓撲超流,隨着外磁場的增加, 系統的能隙會在關閉後再次打開, 隨之出現在相對邊界反向傳播的馬約拉納邊緣模式. BCS 態費米面所具有的旋轉對稱性導致馬約拉納費米子的出現必然伴隨體能隙的存在。奇異類BCS無間隙均勻超流體 exotic BCS-like gapless uniform superfluid
    • 拓撲FFLO超導體(Topological Fulde-Ferrell Larkin-Ovchinnikov(FFLO) superconductors)拓撲FFLO超流體(Topological Fulde-Ferrell Larkin-Ovchinnikov(FFLO) Superfluids):擁有非零質心動量的配對態。在強磁場中存在有限質心動量的庫珀對,這導致了在實空間中具有不統一的序參量的奇異超導體,即 Fulde-Ferrell (FF) 和 Larkin-Ovchinnikov (LO) 態。FFLO態有兩種:相位調製的FF態和空間調製的LO態。自旋軌道耦合費米氣體中由橫向磁場引起的無間隙拓撲 FF 配對超流態,是由平面內磁場誘導的由質心動量不為零的庫伯對構成的一種奇異超流相. 由於平面內磁場破壞了單粒子能譜的旋轉對稱性, 具有空間不均勻的序參量,當磁場增加到足夠大時, 在動量空間中系統的整體能隙將首先在非零動量處關閉, 而粒子、空穴支能譜隨後在零動量 k=0 處發生觸碰後改變費米面的拓撲性(由非零陳數表徵),形成環(二維)或面(三維), 從而使系統在在實空間中體系的兩個相對邊界上能同向傳播馬約拉納費米子。類FFLO非均勻超流體 FFLO-like nonuniform superfluid奇異無間隙FFLO超流體 exotic gapless FFLO superfluid全間隙FFLO狀超流體 fully gapped FFLO superfluid,
    • 時間晶體拓撲超導體(Time-Crystalline Topological Superconductors):時間平移對稱破缺和拓撲物理學交織在一起,產生了在自由費米子系統中不可能的反常Floquet-Majorana模。這種相位表現出在兩個驅動周期後恢復到原始形式的體磁化,以及僅在四個驅動周期後才恢復其初始形式的馬約拉納端模。一維時間晶體拓撲超導體 one-dimensional time-crystalline topological superconductors
    • 拓撲自旋超導體(Topological Spin Superconductors)拓撲自旋超流體(Topological Spin Superfluids):非常規的配對機制暗示了螺旋p波對稱性的可能性,這種狀態下超導順序參數表現出複雜的相結構,導致時間反演對稱性破缺。拓撲自旋三重態超導體 Topological Spin-triplet Superconductors拓撲自旋三重態超流體 Topological Spin-triplet Superfluids
    • 軌道拓撲超流體(orbital Topological superfluid)二分光學方晶格P帶軌道超流體 bipartite optical square lattice P-band orbital superfluid
  • 非常規拓撲絕緣體(Exceptional topological insulator,ETI):這是一種非厄米拓撲態,其特徵是奇異的非厄米表面狀態只能存在於三維拓撲體嵌入(topological bulk embedding)中。ETI不需要任何對稱來穩定。它的特徵是一個整體能量點間隙,並表現出穩健的表面狀態,覆蓋了整體間隙作為一個單一的複本征值或單個非常規點(exceptional point)。在無間隙固態系統中,ETI可以被普遍誘導,從而為非厄米拓撲物質提供了一個範例。
  • 拓撲絕緣體(Topological insulator):有拓撲保護的絕緣體,材料內的能帶結構是典型的絕緣體類型,在費米能處存在着能隙,但是在該類材料的表面總是存在着穿越能隙的狄拉克型電子態,所以導致其表面總是導電的。這一特殊的結構是由其能帶結構的特殊拓撲性質所決定的。拓撲絕緣體 topological insulator雙拓撲絕緣體 dual topological insulator彈性高階拓撲絕緣體 elastic higher-order topological insulator非磁性內稟拓撲絕緣體 non-magnetic intrinsic topological insulator非平衡手性高階拓撲絕緣體 Out of equilibrium chiral higher order topological insulator無自旋軌道拓撲絕緣體 Spin-orbit-free topological insulator周期驅動拓撲正態絕緣體 Periodically Driven Topological-Normal Insulator合成空間拓撲絕緣體 synthetic space topological insulator(合成維度的四維電荷泵 four-dimensional charge pump)、雙穩態拓撲絕緣體 bistable topological insulator有限維雙穩態拓撲絕緣體 Finite-dimensional bistable topological insulatorp型拓撲絕緣體 p-type topological insulatorn型拓撲絕緣體 n-type topological insulator
    • 一維拓撲絕緣體(one-dimensional Topological insulator)
    • 二維拓撲絕緣體(two-dimensional Topological insulator)
    • 三維拓撲絕緣體(three-dimensional Topological insulator):分為強拓撲絕緣體與弱拓撲絕緣體,通過使用4個拓撲不變量來描述(1個強拓撲數3個弱拓撲數)來描述系統的拓撲性質,「強」「弱」由表面狄拉克錐數量的奇偶性來區分。
    • 弱拓撲絕緣體(weak topological insulator):只有在特定表面才具有拓撲表面態。具有偶數拓撲表面態和選擇性表面的定向自旋電流,其表面電子性質對表面取向敏感。一般三維弱拓撲絕緣體是由具有弱層間耦合的二維量子自旋霍爾絕緣體堆垛而成。二維弱拓撲絕緣體 Two-Dimensional Weak Topological insulatorn型弱拓撲絕緣體 n-Type Weak Topological insulator
    • 拓撲斯格明子絕緣體(skyrmion topological insulator)二維手性拓撲斯格明子絕緣體 two-dimensional chiral topological skyrmion insulator(CTSIs)(單個 skyrmion 數,斯格明絕緣體 Skyrme insulator)、二維螺旋拓撲斯格明子絕緣體 two-dimensional helical topological skyrmion insulator(HTSI)(一對 skyrmion 數,螺旋斯格明絕緣體 helical Skyrme insulator)、四帶手性拓撲斯格明子絕緣體 four-band chiral topological skyrmion insulator
    • 拓撲霍普夫絕緣體(topological Hopf insulator):其拓撲行為源於從三維球體到二維球體的非平凡映射,即霍普夫映射。霍普夫映射通常在旋量和斯格明子系統的研究中遇到,它通過稱為霍普夫指數的整數不變量進行拓撲分類。三維霍普夫絕緣體 three-dimensional Hopf insulator三維谷-霍普夫絕緣體 three-dimensional valley-Hopf insulator四維霍普夫絕緣體 four-dimensional Hopf insulatorN帶霍普夫絕緣體 N-band complex Hopf insulatorN帶實霍普夫絕緣體 N-band Hopf real Hopf insulator雙帶霍普夫絕緣體two-band Hopf insulator雙帶複合霍普夫絕緣體 two-band complex Hopf insulator三帶霍普夫絕緣體 three-band Hopf insulator三帶實霍普夫絕緣體 three-band real Hopf insulator四帶霍普夫絕緣體 four-band Hopf insulator四帶實霍普夫絕緣體 four-band real Hopf insulator實霍普夫絕緣體 real Hopf insulatorPT對稱霍普夫絕緣體 PT-symmetric Hopf insulatorPT對稱四帶實霍普夫絕緣體 PT-symmetric four-band real Hopf insulator(具有Z⊕Z不變量)、三維雙帶霍普夫絕緣體 three-dimensional two-band Hopf insulator自旋霍普夫絕緣體 spin Hopf insulator spin Hopf insulator(四重旋轉對稱性,AII類精細拓撲絕緣體)、拓撲霍普夫絕緣體 topological Hopf insulator(同倫群)、拓撲霍普夫絕緣體 topological Hopf insulator(同倫群)、三維雙帶弗洛凱-霍普夫拓撲絕緣體 three-dimensional two-band Floquet-Hopf topological invariants偶極自旋霍普夫絕緣體 Dipolar Spin Hopf insulator
    • 拓撲RTP絕緣體(topological RTP insulator):量化體三維布里淵區中一對旋轉不變線之間Berry-Zak相位的2π量子化變化;由於這種變化在布里淵區的互補部分是相反的,這種新的不變量稱為回輸索利斯泵(returning Thouless pump,RTP),RTP與表面態角動量的異常值有關。無霍普夫RTP絕緣體 Hopf-less RTP insulator霍普夫RTP絕緣體 Hopf RTP insulator四重分離旋轉對稱RTP絕緣體 four-fold rotation symmetric RTP insulator向列RTP絕緣體 nematic RTP insulator
    • 強拓撲絕緣體(Strong topological insulator):三維強拓撲絕緣體在任何面上均具有奇數個狄拉克點,表面態不受無序影響。
    • 分數拓撲絕緣體(Fractional Topological insulator):二維和半維(two and a half dimensions)的情況,可能在普通三維拓撲絕緣體的二維表面上形成的分數拓撲絕緣體。分數手征二階拓撲絕緣體 Fractional chiral second-order topological insulator(三維耦合線陣列 three-dimensional array of coupled wires)
    • 高階拓撲絕緣體(higher-order topological insulator, HOTI):m維n階拓撲絕緣體,大部分拓撲絕緣體中的拓撲邊界態都是N-1維(N是材料自身維度),高階拓撲絕緣體中的拓撲邊界態比材料自身低至少兩個維度以上,甚至可以降至零維,可以出現在三維材料的棱邊(N-2),甚至頂點上(N-3)。一階拓撲絕緣體(first-order topological insulator)具有絕緣的d維體態,(d-1)維拓撲保護的金屬表面態,二階拓撲絕緣體(second-order topological insulator,SOTIs)具有絕緣的d維體態和(d-1)維表面態,(d-2)維拓撲保護的金屬棱態。三階拓撲絕緣體(Third-order topological insulator)具有絕緣的d維體態和(d-1)維表面態,(d-2)維棱態,(d-3)維角態。常規的三維拓撲絕緣體,又可以被稱為三維的一階拓撲絕緣體(three-dimensional first-order topological insulator)。本徵二『階』拓撲絕緣體 Intrinsic second-order topological insulator(二維、三維)、二維電子二階拓撲絕緣體 two-dimensional electronic second-order topological insulator雙高階拓撲絕緣體 Dual-Higher-Order topological insulator(二維二階、三維二階、二維三階、三維三階)、准一維高階拓撲絕緣體 quasi-one-dimensional higher-order topological insulator混合高階拓撲絕緣體 hybrid higher-order topological insulator反射對稱二階拓撲絕緣體 Reflection-symmetric second-order topological insulator螺旋高階拓撲絕緣體 Helical higher-order topological insulator結構褶皺高階拓撲絕緣體 structural buckling Higher-order topological insulator
    • 分形拓撲絕緣體(fractal topological insulator):分形是一種具有非整數維度的「無限循環」的模式,其最大的特徵是擁有自相似性和分數維度,分形拓撲絕緣體中不存在體帶,但仍支持拓撲邊界態。分形陳絕緣體 fractal Chern insulator、弗洛凱拓撲分形絕緣體 Floquet topological fractal insulator非線性分形高階拓撲絕緣體 nonlinear fractal higher-order topological insulator謝爾平斯基地毯二階拓撲分形絕緣體 Sierpinski Carpet second-order topological fractal insulator謝爾平斯基三角二階拓撲分形絕緣體 Sierpinski triangle second-order topological fractal insulator聲子拓撲分形絕緣體 Acoustic topological fractal insulator
    • 平方根拓撲絕緣體(square-root topological insulator):結合平方根算符。平方根高階拓撲絕緣體 square-root higher-order topological insulator
    • 雙曲拓撲絕緣體(hyperbolic topological insulator)
    • 拓撲莫比烏斯絕緣體(topological Möbius insulator)高階拓撲莫比烏斯絕緣體 higher-order topological Möbius insulator聲學莫比烏斯絕緣體 Acoustic Möbius insulator(投影對稱性 Projective Symmetry)、聲學二維一階帶拓撲莫比烏斯絕緣體 acoustic two-dimensional one first-order band topological Möbius insulator聲學三維的高階帶拓撲莫比烏斯絕緣體 three-dimensional one higher-order band topological Möbius insulator
    • 克萊因瓶拓撲絕緣體(Klein bottle topological insulator)高階克萊因瓶拓撲絕緣體 Higher-order Klein bottle topological insulator二階克萊因瓶四極絕緣體 second-order Klein-bottle quadrupole insulator堆疊弱克萊因瓶絕緣體 stacked weak Klein bottle insulator三維聲學高階克萊因瓶拓撲絕緣體 three-dimensional acoustic Higher-order Klein bottle topological insulator
    • 羅馬面拓撲絕緣體(Roman surface topological insulator):羅馬面是不可定向表面,該表面是通過將莫比烏斯帶的邊緣縫合到圓盤上而形成的,它表現出與材料內自旋誘導鐵電極化相關的獨特拓撲特性。
    • 多極拓撲絕緣體(Multipole Topological Insulator)拓撲偶極絕緣體 Topological Dipole Insulator拓撲偶極守恆絕緣體 Topological Dipole Conserving insulator二階偶極極化絕緣體 second-order dipole polarization insulator電多極絕緣體 Electric Multipole Insulator量化電多極絕緣體 Quantized electric multipole insulator二維四極拓撲絕緣體 two-dimensional quadrupole Topological insulator(Type-II quadrupole topological insulator、Type-II quadrupole topological insulator)、三維八極子拓撲絕緣體 three-dimensional octupole Topological insulator四維十六極拓撲絕緣體 four-dimensional hexadecapole Topological insulator准晶四極子拓撲絕緣體 quasicrystalline quadrupole topological insulator無序二維量子化四極絕緣體 disordered two-dimensional quantized quadrupole insulator無序電四極絕緣體 Disordered Electric Quadrupole insulator磁四極拓撲絕緣體 Magnonic Quadrupole Topological Insulator廣義四極拓撲絕緣體 generalized quadrupole topological insulator光子四極拓撲絕緣體 Photonic quadrupole topological insulator聲學異常四極拓撲絕緣體 sonic Anomalous quadrupole topological insulator等離極化激元極化四極拓撲絕緣體 Plasmon-polaritonic quadrupole topological insulator
    • 拓撲陳數絕緣體(topological Chern insulator):量子反常霍爾效應,分數量子反常霍爾效應。二維陳數絕緣體 two-dimensional Chern insulator(霍爾丹絕緣體 Haldane insulator)、二維谷-陳數絕緣體 two-dimensional valley-Chern insulator(謝苗諾夫絕緣體 Semenoff insulator)、二維實陳數絕緣體 two-dimensional real Chern insulator三維陳數絕緣體 therr-dimensional Chern insulator偶數-自旋陳絕緣體 even-spin Chern insulatorN級陳絕緣體 N-level Chern insulator堆垛陳數絕緣體 Stacked Chern Insulator半陳數絕緣體 half Chern insulator分數陳絕緣體 Fractional Chern insulator零場分數陳絕緣體 zero-field fractional Chern insulator雙曲分數陳絕緣體 Hyperbolic fractional Chern insulator非阿貝爾分數陳絕緣體 Non-Abelian Fractional Chern insulator非阿貝爾偶數分母分數量子陳絕緣體 non-Abelian even-denominator fractional quantum Chern insulator弗洛凱分數陳絕緣體 Floquet fractional Chern insulator伊辛陳絕緣體 Ising Chern insulator谷陳數絕緣體 Valley Chern Insulator貝里連接奇點陳數絕緣體 Berry connection singularities Chern Insulator二維磁性實陳數絕緣體 two-dimensional Magnetic real Chern insulator,MRCI軌道雙重態驅動偶數-自旋陳數絕緣體 Orbital doublet driven even-spin Chern insulator陳數2 自旋簡併陳絕緣體∣C∣=2 spin-degenerate Chern insulator四維第二陳數絕緣體 Four-Dimensional Second Chern Chern insulator多能帶陳絕緣體 multi-band Chern insulatorN帶陳數絕緣體 N-Band Chern insulator兩帶陳數絕緣體 two-band Chern insulator雙曲高階陳數絕緣體 hyperbolic higher-order Chern insulator雙曲拓撲帶二階陳數絕緣體 hyperbolic topological band second Chern insulator雙曲散射網絡陳數絕緣體 hyperbolic networks Chern insulator第一類雙曲陳絕緣體 type-I hyperbolic Chern insulator(Poincare 圓盤)、第二類雙曲陳絕緣體 type-II hyperbolic Chern Chern insulator(Poincare 圓環)、消失陳數拓撲絕緣體 Vanishing Chern Numbers topological insulator拓撲霍普夫-陳絕緣體 Topological Hopf-Chern insulator(層狀陳絕緣體和霍普夫絕緣體的混合物)、陳絕緣體 Chern-insulator 、陳絕緣體 Chern-insulator
    • 拓撲歐拉絕緣體(topological Euler insulator):代數拓撲中共有4種示性類結構:陳類(Chern classes),斯蒂費爾-惠特尼類(Stiefel–Whitney classes),歐拉類(Euler Classes),龐特里亞金類(Pontryagin classes)。陳氏不變量描述了與復布洛赫波函數相關的纖維束的等價類,而歐拉式性類描述實纖維叢的拓撲等價類。歐拉類是正交矩陣的同倫類。它與哈密頓量的「實」特徵函數有關。與用帶定義的陳數不同,歐拉數是用帶間定義的。實特徵函數可以通過 PT 或 C2T 對稱性來保護。它與根據「復」特徵函數計算出來的陳數形成對比,對於實特徵函數,貝里聯絡、貝里曲率和陳數為零。表徵二維實波函數拓撲的歐拉類是一種典型的脆弱拓撲相,三帶二維拓撲歐拉絕緣體是脆弱拓撲的最小模型,理論和實驗模型的歐拉類、威爾遜環流和糾纏譜等拓撲指標清楚地顯示了脆弱相的存在。對於三帶模型,歐拉數被重新表述為龐特里亞金數,其三個特徵函數形成一個正交基。它們在動量空間中形成拓撲絕緣相的斯格明子結構。二維歐拉絕緣體 two-dimensional Euler insulator二維三帶歐拉絕緣體 two dimensions three-band Euler insulator三維三帶霍普夫-歐拉拓撲絕緣體 three dimensions three-band Hopf-Euler topological insulator(三帶多間隙龐特里亞金不變量)、非阿貝爾霍普夫-歐拉拓撲絕緣體 three dimensions three-band non-Abelian Hopf-Euler topological insulator實霍普夫-歐拉絕緣體 real Hopf-Euler insulator(具有由歐拉特徵類給出的亞維拓撲不變量,霍普夫不變量所描述的鏈接數)、三帶實霍普夫歐拉絕緣體 three-band real Hopf Euler insulator四帶實霍普夫歐拉絕緣體 four-band real Hopf Euler insulator磁歐拉絕緣體 magnetic Euler insulator
    • 拓撲斯蒂弗爾-惠特尼絕緣體(topological Stiefel-Whitney insulator):是一種脆弱拓撲絕緣體。一維斯蒂弗爾-惠特尼絕緣體 one-dimensional Stiefel-Whitney insulator二維斯蒂弗爾-惠特尼絕緣體 two-dimensional Stiefel-Whitney insulator(阻塞原子絕緣體)、三維斯蒂弗爾-惠特尼絕緣體 three-dimensional Stiefel-Whitney insulator二維磁性斯蒂弗爾-惠特尼絕緣體 two-dimensional magnetic Stiefel-Whitney insulator三維強斯蒂弗爾-惠特尼絕緣體 three-dimensional strong Stiefel-Whitney insulator三維弱斯蒂弗爾-惠特尼絕緣體 three-dimensional weak Stiefel–Whitney insulator
    • 拓撲龐特里亞金絕緣體(topological Pontryagin insulator)四維龐特里亞金絕緣體 four-dimensional Pontryagin insulator低維龐特里亞金絕緣體 lowest-dimensional Pontryagin insulator
    • 光子拓撲絕緣體(Photonic Topological Insulator)光學拓撲絕緣體(Optics Topological Insulator)一階光子拓撲絕緣體 first-order photonic topological insulator二階光子拓撲絕緣體 Second-order photonic topological insulator光子拓撲安德森絕緣體 Photonic Topological Anderson Insulator, PTAI光子拓撲弗洛凱絕緣體 photonic topological Floquet insulatorN帶光子霍普夫絕緣體 N-band photonic Hopf insulator光子陳絕緣體 Photonic Chern insulator三維光子拓撲陳絕緣體 three-dimensional Photonic Topological Chern insulator光費洛凱陳數絕緣體 light Floquet Chern insulator光子波導鏈驅動費洛凱拓撲絕緣體 photonic waveguide chain-driven Floquet Topological insulator(光子波導雙晶型費洛凱拓撲絕緣體 photonic waveguide Bimorphic Floquet topological insulator)光子異常費洛凱拓撲絕緣體 photonic anomalous Floquet topological insulator弗洛凱非線性光子高階拓撲絕緣體 Floquet nonlinear photonic higher-order topological insulator三維光子軸子絕緣體 three-dimensional Photonic axion insulator分形光子拓撲絕緣體 Fractal photonic topological insulator光子非晶拓撲絕緣體 Photonic amorphous topological insulator光子軌道高階拓撲絕緣體 photonic -orbital higher-order topological insulator二階光子平方根拓撲絕緣體 Second-Order Photonic Square-Root Topological insulator非厄米光子平方根非布洛赫拓撲絕緣體 non-Hermitian Photonic Square-root non-Bloch topological insulator光子非布洛赫四極拓撲絕緣體 Photonic non-Bloch quadrupole topological insulator雙曲光子拓撲絕緣體 hyperbolic photonic topological insulator非線性光子拓撲絕緣體 nonlinear photonic topological insulator非線性二階光子拓撲絕緣體 Nonlinear second-order photonic topological insulator非線性感應光子拓撲絕緣體 Nonlinearity-induced photonic topological insulator宇稱-時間對稱光子拓撲絕緣體 Parity-time-symmetric photonic topological insulator時間調製弗洛凱拓撲光子絕緣體 time-modulated Floquet topological photonic insulator空間調製弗洛凱拓撲光子絕緣體 space-based Floquet topological photonic insulator耦合諧振調製弗洛凱拓撲光子絕緣體 coupled resonances Floquet topological photonic insulator多維耦合光子拓撲絕緣體 Multi-dimensional coupling Photonic topological insulator二維非厄米光子弗洛凱拓撲絕緣體 three-dimensional non-Hermitian Photonic Floquet topological insulator雙偏振二階光子拓撲絕緣體 Dual-Polarization Second-Order Photonic Topological insulator可重構瓦尼爾型高階光子拓撲絕緣體 Reconfigurable Wannier-type higher-order photonic topological insulator二維離散旋轉對稱性非周期晶格高階光子拓撲絕緣體 discrete rotationally-symmetric aperiodic lattice high-order photonic topological insulator
    • 等離子體拓撲絕緣體(plasmonic topological insulator):它不僅在拓撲上保護晶格邊緣的光,而且能夠在深亞波長尺度上限制和引導它們。可重編程等離子體拓撲絕緣體 Reprogrammable plasmonic topological insulator、合成維集成等離子體拓撲絕緣體 synthetic dimensional integrated plasmonic topological insulator、超緊湊型奧布里-安德烈-哈珀等離子體拓撲絕緣體 ultracompact Aubry–André–Harper plasmonic topological insulator
    • 聲子拓撲絕緣體(phononic topological insulator)聲學拓撲絕緣體(Acoustic Topological Insulator)聲學高階拓撲絕緣體 Acoustic Higher‐Order Topological Insulator瓦尼爾型高階聲學拓撲絕緣體 Wannier-type higher-order Acoustic topological insulator聲學三階拓撲絕緣體 Acoustic Third-Order Topological Insulator二階聲子拓撲絕緣體 Second-order phononic topological insulator (SPTIs)混合階聲子拓撲絕緣體 Hybrid-order phononic topological insulator聲子陳絕緣體 phononic Chern insulator聲子實陳絕緣體 phononic real Chern insulator四維聲學高階陳絕緣體 Four-Dimensional Acoustic Higher-Order Chern Insulator聲學自旋陳絕緣體 Acoustic spin-Chern insulator聲學谷自旋陳絕緣體 Acoustic Valley Spin Chern insulator多極聲學拓撲絕緣體 multipole Acoustic topological insulator二維聲學四極拓撲絕緣體 two-dimensional Acoustic quadrupole topological insulator (QTI)三維聲學八極拓撲絕緣體 two-dimensional Acoustic octupole topological insulator聲子四極拓撲絕緣體 phononic quadrupole topological insulator量化聲學多極拓撲絕緣體 quantized acoustic multipole topological insulator (QMTIs)量化聲學八極拓撲絕緣體 quantized acoustic octupole topological insulator二維非對稱聲子晶體異常四極拓撲絕緣體 two-dimensional nonsymmorphic sonic Crystal Anomalous quadrupole topological insulator非厄米高階聲學拓撲絕緣體 non-Hermitian Higher-Order Acoustic topological insulator非厄米聲學二階拓撲絕緣體 Non-Hermitian Sonic Second-Order Topological Insulator贗自旋谷耦合聲子拓撲絕緣體 Pseudospin-valley-coupled phononic topological insulator贗自旋相關聲學拓撲絕緣體 Pseudospin-dependent Acoustic Topological Insulator聲學平方根拓撲絕緣體 Acoustic square-root topological Insulator雪花聲子拓撲絕緣體 Snowflake phononic topological insulator實射影平面混合序拓撲絕緣體 Real-projective-plane hybrid-order topological insulator扭曲投影二維聲學拓撲絕緣體 Twist-projected two-dimensional acoustic topological insulator雙帶聲學拓撲絕緣體 Dual-band acoustic topological insulator多帶聲學拓撲絕緣體 Multi-band Acoustic Topological Insulator三維雜化聲學拓撲絕緣體 Three-Dimensions Hybrid Acoustic Topological Insulator三維聲子變階拓撲絕緣體 two-dimensional phononic Variable-order topological insulator二維電可調彈性聲子拓撲絕緣體 Two-Dimensional Electrically Tunable Elastic phononic Topological insulator彈性三維聲子拓撲絕緣體 Elastic three-dimensional phononic topological insulator三維聲學面阻礙拓撲絕緣體 Three-Dimensions Acoustic Surface-Obstructed Topological Insulator聲學狄拉克層次拓撲絕緣體 Acoustic Dirac Hierarchy Topological insulator(eightfold bulk Dirac cone, 2D fourfold surface state Dirac cone, 1D twofold hinge state Dirac cone, 0D midgap corner state)、二維谷聲子晶體拓撲絕緣體 Two-dimensional Valley Phononic Crystal Topological insulator聲學半子歐拉拓撲絕緣體 acoustic meronic waves Euler topological insulator
    • 磁子拓撲絕緣體(Magnon topological insulator)二階拓撲磁振子絕緣體 second-order topological magnon insulator(SOTMIs)二維鐵磁陳絕緣體 Two-dimensional ferromagnetic Chern insulator二維鐵磁雙陳絕緣體 Two-dimensional Ferromagnet Dual Chern insulator(具有電子和磁振子邊緣態)、二維反鐵磁陳絕緣體 Two-dimensional Antiferromagnetic Chern insulator傾斜反鐵磁陳絕緣體 canted-antiferromagnetic Chern insulator
    • 磁性拓撲絕緣體(magnetic Topological insulator)二維磁性拓撲絕緣體 two-dimensional magnetic topological insulator磁性二階拓撲絕緣體 magnetic second-order topological insulator范德華型磁性拓撲絕緣體 van der Waals magnetic topological insulator范德華鐵磁絕緣體 Van Der Waals Ferromagnetic insulator稀磁拓撲絕緣體 dilute magnetic topological insulator、、內稟磁性拓撲絕緣體 intrinsic magnetic topological insulator(本徵)、本徵磁性二階拓撲絕緣體 Intrinsic Magnetic Second-Order Topological Insulator(2D、3D)磁性摻雜拓撲絕緣體 magnetic doped topological insulator原子尺度磁摻雜拓撲絕緣體 Atomic-scale magnetic doping topological insulator磁性近鄰拓撲絕緣體 magnetic proximity topological insulator鐵磁絕緣體 ferromagnetic insulator,FMI雙層鐵磁絕緣體 Bilayer Magnetic insulator反鐵磁絕緣體 Antiferromagnetic insulator亞鐵磁絕緣體 Ferrimagnetic insulator交替磁絕緣體 Altermagnetic insulator谷極化鐵磁絕緣體 valley-polarized Ferromagnetic insulator谷極化亞鐵磁絕緣體 valley-polarized ferrimagnetic insulator谷極化反鐵磁絕緣體 valley-polarized antiferromagnetic insulator二維谷極化鐵磁二階拓撲絕緣體 Two-dimensional valley-polarized ferromagnetic second-order topological insulator二維谷極化反鐵磁二階拓撲絕緣體 Two-dimensional valley-polarized antiferromagnetic second-order topological insulator二維谷極化亞鐵磁(鐵谷)二階拓撲絕緣體 Two-dimensional valley-polarized ferrimagnetic (ferri-valley) second-order topological insulator層反鐵磁絕緣體 layer antiferromagnetic insulator層亞鐵磁絕緣體 layer ferrimagnetic insulator層鐵磁絕緣體 layer ferromagnetic insulator層贗自旋極化味反鐵磁絕緣體 layer pseudospin polarization flavour antiferromagnetic insulator、(層電荷平衡配置)層贗自旋極化味亞鐵磁絕緣體 layer pseudospin polarization flavour ferrimagnetic insulator、(部分層電荷極化)層贗自旋極化味鐵磁絕緣體 layer pseudospin polarization flavour ferromagnetic insulator、(全層電荷極化)硬鐵磁拓撲絕緣體 Hard Ferromagnetic Topological Insulator二維A型四方反鐵磁絕緣體 Two-dimensional A-type tetragonal antiferromagnetic insulator二維A型六方反鐵磁絕緣體 Two-dimensional A-type hexagonal antiferromagnetic insulator單軸反鐵磁絕緣體 uniaxial antiferromagnet insulator
    • 軸子拓撲絕緣體(Axion topological insulator):量子態與電磁場的耦合會產生軸子場(),從而引發諸如量子化的法拉第-克爾旋轉、半整數量化表面霍爾效應等拓撲磁電效應。軸子絕緣體 Axion insulator靜態軸子絕緣體 Static Axion insulator動態軸子絕緣體 Dynamic Axion insulator鐵磁軸子絕緣體 ferromagnetic Axion insulator反鐵磁軸子絕緣體 Anti-ferromagnetic Axion insulator高自旋軸子絕緣體 High spin axion insulator(HSAI)軸子絕緣體 -doubled axion insulator,T-DAXI)
    • 孤子拓撲絕緣體(solitonic topological insulator)一階拓撲磁孤子絕緣相 first-order topological magnetic solitonic insulator(一維SSH模型, 二維Haldane模型)、高階拓撲磁孤子絕緣體 Higher-order topological magnetic solitonic insulator二階拓撲磁孤子絕緣體 Second-order topological magnetic solitonic insulator(二維呼吸型籠目晶格2D breathing kagome lattice、二維呼吸型蜂巢晶格 2D breathing honeycomb lattice、二維呼吸型四方晶格 2D breathing square lattice)、三階拓撲磁孤子絕緣體 Third-order topological magnetic solitonic insulator(三維呼吸長方體晶體 three-dimensional breathing cuboids)、光子拓撲絕緣體 photonic topological insulator (螺旋波導蜂窩晶格 helical waveguide honeycomb lattice)
    • 半磁性拓撲絕緣體(semi-magnetic topological insulator:在拓撲絕緣體中,由於局部對稱性破缺所誘導的有質量表面態,被預測可以通過低能有效狄拉克模型所刻畫,並呈現出半量子化的霍爾電導。
    • 鐵電拓撲絕緣體(Ferroelectric Topological insulator)反鐵電拓撲絕緣體(Antiferroelectric Topological insulator)I型二維鐵電拓撲絕緣體 type-I two-dimensional ferroelectric topological insulatorII型二維鐵電拓撲絕緣體 type-II two-dimensional ferroelectric topological insulator鐵電一階拓撲絕緣體 Ferroelectric first-order topological insulator鐵電高階拓撲絕緣體 Ferroelectric higher-order topological insulator二維鐵電高階拓撲絕緣體 two dimensions Ferroelectric higher-order topological insulator鐵電一階拓撲絕緣體 Ferroelectric first-order topological insulator鐵電高階拓撲絕緣體 Ferroelectric higher-order topological insulator
    • 鐵谷拓撲絕緣體(ferrovalley Topological insulator,FVTI)鐵谷半導體 ferrovalley semiconductors鐵電谷拓撲絕緣體 Ferroelectrovalley Topological insulator鐵磁谷拓撲絕緣體 Ferromagneticvalley Topological insulator二維鐵電谷拓撲絕緣體Two-Dimensional Ferroelectrovalley Topological insulator
    • 力學拓撲絕緣體(mechanical topological insulator)零維力學拓撲絕緣體 zero dimensions Mechanical topological insulator縱向一維力學拓撲絕緣體 Longitudinal one-dimensional mechanical topological insulator二階力學拓撲絕緣體 second-order mechanical topological insulator三維完全極化靜力學拓撲絕緣體 Three Dimensions Fully Polarized Isostatic mechanical Topological insulator磁-力學撲絕緣體 magneto-mechanical topological insulator弱力學拓撲絕緣體 weak mechanical topological insulator合成維度磁-力學撲絕緣體 synthetic dimension magneto-mechanical topological insulator(2D降為1D)
    • 膠體拓撲絕緣體(Colloidal topological insulator):磁性膠體粒子沿兩個不同的磁性晶格的邊緣傳播。在均一的外加磁場驅動下,膠體運動形成拓撲非平凡調製迴路。這一迴路在磁性晶格內部產生封閉軌道。在兩晶格邊緣交匯處,無法形成封閉式軌道,軌道呈現跳躍式軌跡,從而形成邊緣傳輸。
  • 強關聯拓撲絕緣體(Strongly correlated Topological insulator): 包含稀土元素的化合物由於其f電子的性質往往具有很強的電子-電子相互作用。這是凝聚態物理中一類典型的強關聯體系, 被稱為重費米子材料。一些重費米子絕緣體具有拓撲非平庸的電子結構和無能隙的表面態。
    • 近藤拓撲絕緣體 topological Kondo insulator):結合了Kondo效應和拓撲絕緣體的特性。Kondo效應是指在稀磁合金中,低溫下電阻隨溫度降低而異常增大的現象,它與磁性雜質和傳導電子之間的相互作用有關。一維拓撲近藤絕緣體 1D topological Kondo insulator二維拓撲近藤絕緣體 2D topological Kondo insulator三維拓撲近藤絕緣體 3D topological Kondo insulator莫比烏斯近藤絕緣體 Möbius Kondo insulator
  • 相互作用拓撲絕緣體(Interacting Topological insulator)
    • 維格納拓撲絕緣體(Wigner Topological insulator):同時表現出拓撲特性和維格納晶體行為的材料,當強電子-電子相互作用克服動能的影響,導致電子的晶體排列時,就會出現這種狀態,在零磁場下自發形成的空穴和電子維格納固體,磁滯和電壓波動表明跨釘扎勢的疇運動,並且隨着熱波動克服勢能在有限溫度下消失。
    • 激子拓撲絕緣體(excitonic topological insulator):在半金屬和窄帶隙半導體中,通過自發形成激子而出現的相干量子態,當電子-空穴結合能超過帶隙時就會產生激子絕緣體,中性電子-空穴對(激子)在激子絕緣體中可以自由移動。一維激子絕緣體 one-dimensional excitonic insulator二維激子絕緣體 two-dimensional excitonic insulator自旋三重態拓撲激子絕緣體 Spin-triplet topological excitonic insulator(2D)、偶極激子絕緣體 dipolar excitonic insulator半激子絕緣體 Half-Excitonic Insulator分數激子絕緣體 Fractional excitonic insulator強關聯激子絕緣體 Strongly correlated excitonic insulator強耦合激子絕緣體 strong-coupling excitonic insulator波激子絕緣體 -Wave topological excitonic insulator波激子絕緣體 -Wave topological excitonic insulator波激子絕緣體 -Wave topological excitonic insulator二維拓撲激子絕緣體 two-dimensional -Wave topological excitonic insulator極化激元拓撲絕緣體 polariton topological insulator高階極化激元絕緣體 higher-order polariton insulator界面電荷轉移激子絕緣體 Interfacial Charge-Transfer Excitonic Insulator(2D)、一維磁性激子絕緣體 One-dimensional magnetic excitonic insulator反鐵磁激子絕緣體 antiferromagnetic excitonic insulator
    • 軌道拓撲絕緣體(orbital Topological insulator)光子學p軌道高階拓撲絕緣體 photonic -orbital higher-order topological insulator聲學p軌道高階拓撲絕緣體 acoustic -orbital higher-order topological insulator
    • 安德森拓撲絕緣體(Anderson Topological Insulator):由安德森局域化引起的拓撲絕緣體。高階拓撲安德森絕緣體 Higher-Order Topological Anderson Insulator陳安德森絕緣體 Chern Anderson Insulator無序拓撲絕緣體 disordered topological insulator無序二維拓撲絕緣體 Disordered Two-dimensional Topological Insulator無序非中心對稱超導體 Disorder Noncentrosymmetric Superconductor
    • 派爾斯拓撲絕緣體(Peierls Topological Insulator):由派爾斯失穩所導致的拓撲絕緣體。高階拓撲派爾斯絕緣體 Higher-Order Topological Peierls Insulator
    • 姜-泰勒拓撲絕緣體(Jahn-Teller Topological Insulator):指同時表現出拓撲特性(絕緣內部、導電錶面)和Jahn-Teler效應(軌道簡併引起的幾何變形)的材料。這些材料的特徵是偽Jahn-Teller效應,該效應顯著影響其電子和磁性,可能導致帶隙打開和拓撲表面態。拓撲姜-泰勒莫特絕緣體 Topological Jahn-Teller Mott insulator
  • 補償拓撲絕緣體(compensated topological insulator):體電子特性受到低溫下自組織電荷池形成的強烈影響。最佳補償拓撲絕緣體 best-compensated topological insulator電荷補償拓撲絕緣體 charge-compensated topological insulator補償三維拓撲絕緣體 compensated three dimensional topological insulator
  • 弗洛凱拓撲絕緣體(Floquet topological insulator): 是驅動外場誘導出來的一個時間周期性驅動系統中的拓撲相,保留了一份離散的時間平移不變性。利用Floquet-Bloch定理,Floquet系統具有準能帶結構(quasi-energy spectrum)。弗洛凱拓撲絕緣體有兩種不同的類型:π-type 和 0π-type,靜態拓撲絕緣體為0-type。弗洛凱霍普夫拓撲絕緣體 Floquet Hopf topological insulator弗洛凱非阿貝爾拓撲絕緣體 Floquet non-Abelian topological insulator反常弗洛凱拓撲絕緣體 Anomalous Floquet Topological Insulator雙曲散射網絡反常弗洛凱拓撲絕緣體 hyperbolic networks anomalous Floquet topological insulator非對稱時空對稱性弗洛凱二階拓撲絕緣體 Nonsymmorphic Space-Time Symmetries Floquet Second-Order Topological insulator非線性弗洛凱拓撲絕緣體 nonlinear Floquet topological insulator三維雙帶弗洛凱拓撲絕緣體 three-dimensional two-band Floquet topological insulator
  • 莫特拓撲絕緣體( Mott Topologicalinsulator, TMI):命名是為紀念英國物理學家兼1977年諾貝爾物理獎得主內維爾.莫特 Nevill Mott,莫特物理是關聯量子材料中電子的巡遊性與局域化兩種行為的競爭與合作即。莫特絕緣體被描述為一種電子態,其中電子的相互作用導致它們無法在晶體中移動,材料呈現出絕緣體的特性。莫特-哈伯德絕緣體 Mott-Hubbard insulator二維莫特絕緣體 Two-dimensional Mott insulator分形莫特絕緣體 fractal Mott insulator鐵磁莫特絕緣體 ferromagnetic Mott insulator反鐵磁莫特絕緣體 antiferromagnetic Mott insulator向列相莫特絕緣體 nematic Mott insulator原子極限莫特絕緣體 Atomic-Limit Mott Insulator雙組分莫特絕緣體 two-component Mott insulator摻雜莫特絕緣體 doped Mott insulator無摻雜鐵磁莫特狀絕緣體 dopant-free ferromagnetic Mott-like insulator光摻雜莫特絕緣體 Photodoped Mott Insulator激子莫特絕緣體 exciton Mott insulator谷極化激子莫特絕緣體 Valley-polarized exitonic Mott insulator自旋軌道耦合莫特絕緣體 spin-orbit-coupled Mott insulator單帶莫特絕緣體 Single-Band Mott Insulator雙重絕緣體 Dualistic insulator(二維莫特絕緣體和三維能帶絕緣體態)、關聯莫特絕緣體 correlated Mott insulator玻色子莫特絕緣體 bosonic Mott insulator(玻色關聯絕緣體 bosonic correlated insulator)、自旋軌道糾纏莫特絕緣體 spin-orbit entangled Mott insulator自旋軌道耦合莫特絕緣體 Spin-Orbit-Coupled Mott Insulator
  • 阻塞原子絕緣體(obstructed atomic insulator):存在阻塞表面態的絕緣體。它的基態電荷中心位於一些沒有原子存在的「空位點」(例如兩個范德華原子層的中間位置)。如果樣品的天然解理面恰好通過這些位點,那麼每一個空位點將存在「半個電子」(這種現象也被稱為「填充異常」),因而,在樣品的界面或疇壁處會形成固定攜帶一半電荷的「阻塞表面態」,由於其半填充的屬性,這種新奇的表面態必然穿過費米能級,使界面導電。磁障原子絕緣體 magnetic obstructed atomic insulator二維軌道阻塞絕緣體 Two-dimensional orbital-obstructed insulator三維面阻礙高階拓撲絕緣體 Three-dimensional Surface-Obstructed higher-order Topological insulator邊界阻礙拓撲絕緣體 boundary-obstructed Topological insulator(二維四極子)
  • 電荷轉移絕緣體(Charge-transfer insulator)負電荷轉移絕緣體 negative charge transfer insulator摻雜電荷轉移絕緣體 doped charge transfer insulator輕摻雜電荷轉移絕緣體 lightly doped charge-transfer insulator光摻雜電荷轉移絕緣體 Photodoped charge transfer insulator谷電荷-轉移絕緣體 Valley charge-transfer insulator
  • 雙拓撲材料(dual topological materials:2D量子自旋霍爾絕緣體和3D拓撲外爾半金屬混合。
  • 拓撲半金屬(Topological semimetal):半電導金屬,逐漸調控電子能帶的能隙,使其逐漸減小至零,再逐漸變大,可以實現從三維拓撲絕緣體到普通絕緣體的拓撲量子相變。在相變點,導帶底和價帶頂相交於一個點,形成無能隙的三維狄拉克錐,即狄拉克半金屬。在狄拉克半金屬中引入時間反演或空間反射對稱性破缺,狄拉克點會劈裂成為整數對外爾點,成為外爾半金屬。拓撲手性半金屬 topological chiral semimetal貝里偶極子半金屬 Berry-dipole semimetal(拓撲無間隙相)、一階貝里偶極半金屬 first-order Berry-dipole semimetal二階貝里偶極子半金屬 second-order Berry-dipole semimetal非阿貝爾拓撲半金屬 non-Abelian topological semimetal非阿貝爾編織半金屬 non-Abelian braiding semimetal二維時間反演對稱性破缺非阿貝爾拓撲半金屬 Two-Dimensional Time-Reversal Broken non-Abelian topological semimetal雙曲非阿貝爾半金屬 Hyperbolic Non-Abelian Semimetal雙曲帶半金屬 hyperbolic band semimetal電荷密度波拓撲半金屬 charge-density-wave topological semimetal(具有24對Weyl節點,准一維結構)、方網拓撲半金屬 Square-Net Topological semimetal高摺疊拓撲半金屬 higher-fold topological semimetal二維半陳-外爾半金屬 Two-dimensional half Chern-Weyl semimetal(二維磁性外爾半金屬通過對稱性與半拓撲狀態的半陳絕緣體(全自旋極化陳絕緣體)相結合)、半赫斯勒拓撲半金屬 half Heusler topological semimetal多重手性費米子半金屬 multifold chiral fermion semimetal三維摻雜拉廷格半金屬 three-dimensional doped Luttinger semimetal二維π結狄拉克半金屬 two-dimensional π-junction Dirac semimetal
    • 一維拓撲半金屬(one-dimensional topological semimetal)
    • 准一維拓撲半金屬(quasi-one-dimensional topological semimetal)
    • 二維拓撲半金屬(Two-dimensional topological semimetal)二維層狀拓撲半金屬 Two‐Dimensional Layered Topological semimetal二維拓撲狄拉克半金屬 Two-Dimensional Topological Dirac semimetal二維拓撲外爾半金屬 Two-Dimensional Topological Weyl semimetal
    • 三維拓撲半金屬(Three-Dimensional Topological semimetal)
    • 四維拓撲半金屬(four-Dimensional Topological semimetal):具有張量單極子。
    • 拓撲狄拉克半金屬(Topological Dirac semimetal):Type-I Dirac semimetal、Type-II Dirac semimetal、二維拓撲狄拉克半金屬 Two-Dimensional Topological Dirac semimetal(谷狄拉克半金屬 Valley-Dirac semimetal(偶數狄拉克點)、拓撲狄拉克半金屬 Topological Dirac semimetal(奇數狄拉克點,霍爾丹半金屬 Haldane semimetal))、三維拓撲狄拉克半金屬 Three-Dimensional Topological Dirac semimetal三維本徵雙狄拉克半金屬 Three-Dimensional intrinsic double Dirac semimetal三維對稱非厄米高階狄拉克半金屬 Three-dimensional -symmetric non-Hermitian higher-order Dirac semimetal二維自旋谷耦合狄拉克半金屬 Two-dimensional spin-valley-coupled Dirac semimetal對稱保護拓撲狄拉克半金屬 Symmetry-Protected Topological Dirac semimetal(2D、3D)、三維非中心對稱拓撲狄拉克半金屬 three dimensions Noncentrosymmetric topological Dirac semimetal六角形ABC 狄拉克半金屬 hexagonal ABC Dirac semimetal克萊因瓶狄拉克半金屬 Klein-bottle Dirac semimetal非中心對稱高階拓撲狄拉克半金屬 Noncentrosymmetric Higher-Order Topological Dirac semimetal單狄拉克錐半金屬 single Dirac-cone semimetal(一個間隙是閉合的,而其他三個間隙是打開的)
    • 拓撲外爾半金屬(Topological Weyl semimetal):Type-I Weyl semimetal、Type-II Weyl semimetal、拓撲雙外爾半金屬 topological double-Weyl semimetal多外爾拓撲半金屬 Multi-Weyl Topological semimetal三維保護方形平面內色散雙外爾節點拓撲半金屬 Three-Dimensional -protected quadratic in-plane dispersion double-Weyl nodes topological semimetal三維保護立方平面內色散三外爾節點拓撲半金屬 Three-Dimensional -protected cubic in-plane dispersion triple-Weyl nodes topological semimetal三維拓撲外爾半金屬 Three-Dimensional Topological Weyl semimetal二維二次二重外爾半金屬 Two-dimensional quadratic double Weyl semimetal粒子-空穴不變二維外爾半金屬 particle-hole invariant Two-dimensional Weyl semimetal「自旋-外爾」半金屬「spin-Weyl」 semimetal克拉默-外爾半金屬 Kramers Weyl semimetal (KWS)偶極外爾半金屬 Dipolar Weyl semimetal平方根高階外爾半金屬 Square-root higher-order Weyl semimetal複合外爾半金屬 Composite Weyl semimetal(弱拓撲絕緣體與強拓撲絕緣體轉變時存在相)
    • 高階拓撲半金屬(higher-order Topological semimetal)高階拓撲狄拉克半金屬 higher-order topological Dirac semimetal(2D、3D)、穩定高階拓撲狄拉克半金屬 Stable higher-order topological Dirac semimetal高階拓撲外爾半金屬 higher-order topological Weyl semimetal(2D、3D)、非中心對稱高階拓撲狄拉克半金屬 Noncentrosymmetric higher-order topological Dirac semimetal
    • 狄拉克-外爾半金屬(Dirac-Weyl semimetal)非常規狄拉克-外爾半金屬 unconventional Dirac-Weyl semimetal二維可調狄拉克/外爾半金屬 Two-dimensional Tunable Dirac/Weyl semimetal混合拓撲半金屬 Mixed topological semimetal(零維和一維半金屬拓撲態 zero-dimensional and one-dimensional semimetallic topological state)
    • 複合狄拉克半金屬(Composite Dirac semimetal):一個既有弱拓撲絕緣體特徵又有狄拉克半金屬特徵的拓撲物態。具有一對狄拉克點和一對沿高對稱路徑反轉的帶。在側面,連接投影狄拉克點的一對費米弧與穿過表面布里淵區的一對費米環共存。
    • 拓撲節點半金屬(Topological Nodal semimetal)節點線拓撲半金屬 Nodal Line Topological semimetal單極節點線半金屬 monopole nodal line semimetal環節點拓撲半金屬 loop-nodal semimetal Topological semimetal節環拓撲半金屬 Nodal Ring Topological semimetal節點鏈拓撲半金屬 nodal-chain Topological semimetal沙漏拓撲半金屬 Hourglass Topological semimetal沙漏型節網拓撲半金屬 Hourglass-like Nodal Net topological semimetal克拉默節線半金屬 Kramers nodal-line semimetal二維非對稱節點線半金屬 two-dimensional nonsymmorphic nodal-line semimetal鏡面對稱性保護多節線半金屬 Mirror protected multiple nodal line semimetal二階節點線半金屬 Second-Order Nodal-Line semimetal三維二階節線半金屬 Three-Dimensional Second-Order Nodal-Line semimetal三維高階節面半金屬 Therr-Dimensional Higher-Order Nodal Surface semimetal二階實節點線半金屬 Second-Order Real Nodal-Line semimetal參數維二階節點線半金屬 parameter-dimensional second-order nodal-line semimetal奇異參數維混合序節點線半金屬 exotic parameter-dimensional hybrid-order nodal-line semimetal非平庸單極節線半金屬 -nontrivial monopole nodal lines外爾節點線拓撲半金屬 Weyl nodal-line topological semimetal三維單極荷節點線半金屬 Therr-Dimensional monopole-charged nodal-line semimetal (MNLSM)三維線節點拓撲半金屬 three-dimensional line-node topological semimetal二階拓撲環節點半金屬 second-order topological loop-nodal semimetal全自旋極化節點環半金屬 Fully Spin-Polarized Nodal Loop semimetal任意多個弗洛凱節點環半金屬 arbitrarily many desired Floquet Nodal loop semimetal多環節點線半金屬 Multi-loop node line semimetal
      • 拓撲霍普夫環半金屬(Topological Hopf-loop semimetal):其指標為一對數 (),其中霍普夫數由 給出。費米面由霍普夫映射的原像給出,對於非零霍普夫數,它是非平凡鏈接的。費米面形成一個環面鏈接,可以選擇為半整數,其中環面結費米面(例如三葉結 ,)可以實現。甚至可以將霍普夫數設為任意有理數,從而生成費米面形成開弦半金屬。霍普夫鏈拓撲半金屬 Hopf-link Topological semimetal三葉結拓撲半金屬 Trefoil-knot Topological semimetal所羅門結拓撲半金屬 Solomon’s-knot Topological semimetal雙霍普夫鏈拓撲半金屬 double Hopf link Topological semimetal雙三葉結拓撲半金屬 double trefoil-knot Topological semimetal環面結拓撲半金屬 Torus-knot Topological semimetal開弦拓撲半金屬 Open-string Topological semimetal
      • 節點柔性表面半金屬(Nodal Flexible-surface semimetal)節點基於表面拓撲半金屬 Nodal surface-based topological semimetal,包括:節點平面拓撲半金屬 nodal flat-surface topological semimetal節點球面拓撲半金屬 nodal sphere topological semimetal節點管拓撲半金屬 nodal tube topological semimetal節點橫杆拓撲半金屬 nodal crossbar topological semimetal節點沙漏狀表面拓撲半金屬 nodal hourglass-like surface topological semimetal橢球節點表面拓撲半金屬 ellipsoidal nodal surface topological semimetal
      • 外爾節點半金屬(Weyl Nodal Semimetallic)外爾節點環半金屬 Weyl Nodal-Ring Semimetallic複合外爾節點點-線半金屬 composite Weyl Nodal Point-Line semimetal複合外爾節點點-面半金屬 composite Weyl nodal point-surface semimetal複合外爾節點線-面半金屬 composite Weyl nodal line-surface semimetal
      • 狄拉克節點半金屬(Dirac Nodal semimetal)狄拉克節線半金屬 Dirac Nodal Line semimetal狄拉克節點球半金屬 Dirac-Nodal-Sphere Semimetal贗狄拉克節點球半金屬 Pseudo Dirac-Nodal-Sphere semimetal複雜交叉節點線拓撲狄拉克半金屬 complex crossing-nodal-lines topological Dirac semimetal多重拓撲節線結構狄拉克拓撲半金屬 multiple topological nodal structur Dirac Topological semimetal二維狄拉克節線半金屬 Two-Dimensional Dirac Nodal Line semimetal對稱性強制二維狄拉克節點線半金屬 Symmetry-enforced two-dimensional Dirac node-line semimetal
    • 三重簡併點半金屬(Threefold Degenerate semimetal)
    • 多重簡併點半金屬(Multifold Degenerate semimetal)手征多重半金屬 chiral multifold semimetal
    • 分數化拓撲半金屬(Fractionalized Topological semimetal):分數(半)金屬可以被視為帶隙分數拓撲態的「母態」。三維分數化外爾半金屬 Three Dimensions Fractionalized Weyl semimetal
    • 拓撲霍普夫半金屬(Topological Hopf semimetal)二維雙帶節線拓撲霍普夫半金屬 two-Dimensional two-band nodal lines topological Hopf semimetal(精細半金屬 delicate semimetal、AIII)、三維雙帶節線拓撲霍普夫半金屬 four-Dimensional two-band nodal lines topological Hopf semimetal(精細半金屬 delicate semimetal、AIII)、四維雙帶節線拓撲霍普夫半金屬 four-Dimensional two-band nodal lines topological Hopf semimetal(精細半金屬 delicate semimetal、AIII)、無質量多倍數霍普夫半金屬 Massless multifold Hopf semimetal(𝑁=3,4,5)(谷霍普夫半金屬 Valley-Hopf semimetal(布里淵區與Berry偶極子具有偶數個交叉點)、拓撲霍普夫半金屬 topological Hopf semimetal(布里淵區具有奇數個Berry偶極交叉))、多倍數貝里偶極霍普夫半金屬 multifold Berry dipole Hopf semimetal多倍數貝里四極霍普夫半金屬 multifold Berry quadrupole Hopf semimetal多倍數貝里八極霍普夫半金屬 multifold Berry octupole Hopf semimetal二維二次帶接觸半金屬 two-dimensional quadratic band-touching semimetal (QBTSM)貝里偶極二次帶接觸半金屬 Berry dipole quadratic band-touching semimetal向列外爾半金屬 nematic Weyl semimetal
    • 拓撲歐拉半金屬(Topological Euler semimetal):實多帶隙系統具有非阿貝爾拓撲電荷,其特點是動量空間中具有實三重簡併(real triple degeneracies,RTD)。這些 RTD 可作為實拓撲相的外爾點。在晶體中具有多個 RTD 的物理系統中通過歐拉曲率場,發現 I 型 RTD 具有量化點歐拉電荷,而 II 型 RTD 顯示沿節點線連續分布的歐拉電荷。RTD 的歐拉數與節點線的阿貝爾/非阿貝爾拓撲電荷之間具有對應關係,將龐加萊-霍普夫指數定理擴展到布洛赫纖維叢並確保了節點線的連通性。RTD 系統的存在「禁行」(no-go)定理,要求布里淵區內的正負歐拉電荷保持平衡。非平凡歐拉拓撲韋爾半金屬 nontrivial Euler Topological Weyl semimetal歐拉節線拓撲半金屬 Euler Nodal Line Topological semimetal
    • 拓撲斯蒂弗爾-惠特尼半金屬(topological Stiefel-Whitney semimetal)
    • 拓撲龐特里亞金半金屬(topological Pontryagin semimetal)
    • 雙曲拓撲半金屬(Hyperbolic topological semimetal)雙曲非阿貝爾半金屬 Hyperbolic Non-Abelian Semimetal
    • 光子拓撲半金屬(Photonic Topological semimetal)光學拓撲半金屬(Optics Topological semimetal)光子高階雙外爾半金屬 Photonic Higher-Order Double-Weyl Semimetal光子拓撲二次節點半金屬 photonic Topological quadratic-node semimetal高階節點環光子半金屬 Higher-order nodal ring photonic semimetal光子狄拉克節點線半金屬 Photonic Dirac nodal-line semimetal時間反轉不變光子半金屬 time-reversal-invariant photonic semimetal
    • 聲子拓撲半金屬(phononic topological semimetal)聲學拓撲半金屬(Acoustic Topological semimetal)聲子高階狄拉克半金屬 phononic higher-order Dirac semimetal聲子高階外爾半金屬 phononic higher-order Weyl semimetal聲學谷高階外爾半金屬 sonic Valley higher-order Weyl semimetal巨聲子異常拓撲節點線半金屬 Giant phonon anomaly topological nodal-line semimetal拓撲節點聲子半金屬 topological nodal-point phononic semimetal拓撲節點鏈聲子半金屬 topological nodal chain phononic semimetal拓撲節點網絡聲子半金屬 topological nodal net phonons semimetal三維聲子晶體高階節線半金屬 three dimensions Phononic Crystal Higher-order Nodal-Line Semimetal聲學四重狄拉克節點線半金屬 acoustic fourfold Dirac nodal line semimetal聲學高階拓撲節點環半金屬 Acoustic higher-order topological nodal loop semimetal聲學高階拓撲節點面半金屬 Acoustic higher-order nodal surface semimetal聲子非常規狄拉克-外爾半金屬 phononic unconventional Dirac-Weyl semimetal (UDWS)聲學自旋-1 外爾拓撲半金屬 Acoustic spin-1 Weyl Topological semimetal聲學四極表面拓撲半金屬 Acoustic Quadrupolar Surface Topological semimetal高階外爾特殊環半金屬 Higher-order Weyl-exceptional-ring semimetal聲學高階斯蒂弗爾-惠特尼半金屬 acoustic high-order Stiefel-Whitney semimetal非厄米高階韋爾半金屬 Non-Hermitian higher-order Weyl semimetal非厄米聲學實二階節點環半金屬 non-Hermitian Acoustic real second-order nodal-loop semimetal聲學非阿貝爾拓撲半金屬 acoustic non-Abelian topological semimetal
    • 磁子拓撲半金屬(Magnon Topological semimetal)磁子外爾半金屬 Magnon Weyl semimetal征磁振子外爾半金屬 intrinsic magnonic Weyl semimetal
    • 孤子拓撲半金屬(solitonic topological semimetal)孤子外爾半金屬 solitonic Weyl semimetal
    • 軌道拓撲半金屬(orbital Topological semimetal):在棋盤和六邊形光學晶格中實現的軌道自由度為新型量子態,在二維費米子光學晶格的軌道帶中費米子光晶格拓撲半金屬(fermionic opticallattice Topological semimetal)以宇稱保護的無帶隙態出現。這種新的量子態以Berry通量為2π的拋物線帶簡併點為特徵,在具有點群對稱性的晶格種都是普遍存在的,只要具有相反宇稱的軌道彼此強烈雜交,並且帶簡併受到負宇稱的保護。
    • 磁性拓撲半金屬(magnetic topological semimetal)磁性外爾半金屬 magnetic Weyl semimetal磁性狄拉克半金屬 magnetic Dirac semimetal鐵磁性半金屬 ferromagnetic semimetal反鐵磁性半金屬 antiferromagnetic semimetal二維反鐵磁狄拉克半金屬 Two-Dimensional antiferromagnetic Dirac semimetal鐵磁外爾半金屬 Ferromagnetic Weyl semimetal非中心對稱鐵磁外爾半金屬 non-centrosymmetric ferromagnetic Weyl semimetal第一類鐵磁外爾半金屬 Type-I ferromagnetic Weyl semimetal第二類鐵磁外爾半金屬 Type-II ferromagnetic Weyl semimetal第一類反鐵磁外爾半金屬 Type-I antiferromagnetic Weyl semimetal第二類反鐵磁外爾半金屬 Type-I antiferromagnetic Weyl semimetal
    • 鐵電拓撲半金屬(Ferroelectric topological semimetal)反鐵電拓撲半金屬(antiferromagnetic topological semimetal)外爾鐵電半金屬 Weyl Ferroelectric Semimetal
    • 超導拓撲半金屬(Superconducting topological semimetal超導拓撲狄拉克半金屬 Superconducting topological Dirac semimetal超導I型狄拉克半金屬 superconducting type-I Dirac semimetal超導II型狄拉克半金屬 superconducting type-II Dirac semimetal超導拓撲外爾半金屬Superconducting topological Weyl semimetal(d-wave)、超導I型外爾半金屬 superconducting type-I Weyl semimetal超導II型外爾半金屬 superconducting type-II Weyl semimetal單極超導外爾半金屬 Monopole Superconducting Weyl Semi-metal
    • 自旋子拓撲半金屬(spinon Topological semimetal)三維拓撲自旋子半金屬 three dimensions Topological spinon semimetal
    • 弗洛凱拓撲半金屬(Floquet topological semimetal)擴展周期驅動哈珀弗洛凱拓撲半金屬 extended kicked Harper Floquet topological semimetal
    • 近藤拓撲半金屬(Kondo Topological semimetal):近藤效應是金屬電阻的增強,是由非相對論巡迴電子和局域自旋雜質之間的強相關性引起的。外爾近藤半金屬 Weyl-Kondo semimetal狄拉克近藤半金屬 Dirac-Kondo semimetal
    • 量子反常半金屬(Quantum anomalous semimetal):存在Wilson 費米子的具有半整數拓撲不變量的半金屬, 在時空奇數維的體系中,有分數化電極化和電磁極化特徵;而時空偶數維的體系則具有半整數霍爾電導 (即霍爾平台)。對三維拓撲量子體系 (3D + 1T = 4 偶數維),將可能實驗觀測到半整數霍爾平台。
  • 拓撲半金屬准金屬(topological half-metallic semimetal)鐵磁半金屬外爾半金屬 Ferromagnet half-metallic Weyl semimetal
  • 拓撲自旋無能隙半金屬(topological spin-gapless semimetal)拓撲自旋無能隙半導體(topological spin-gapless semiconductors):兼具准金屬(semimetal)和半金屬(half-metal)獨特物性的一種新型准半金屬拓撲量子態。它連接了半導體和半金屬材料,具有獨特能帶結構的材料,其中一個自旋通道表現出無間隙(半金屬)行為,而另一個自旋通道具有有限的能帶間隙,電子和空穴的自旋都是完全極化的。外爾點自旋無間隙半導體 Weyl-point spin-gapless semiconductor節線自旋無能隙半金屬 Nodal Line Spin-Gapless semimetal節鏈自旋無能隙半金屬 Nodal Chain Spin-Gapless semimetal節點環自旋無能隙半導體 Nodal ring spin-gapless semiconductor拓撲節點環鐵磁自旋無能隙半金屬 topological nodal ring ferromagnetic spin gapless semimetal類狄拉克線型自旋無能隙半導體 Dirac-like linear spin-gapless semiconductors類拋物線型自旋無能隙半導體 parabolic-like spin-gapless semiconductors半赫斯勒無能隙半導體 Half-Heusler gapless semiconductors
  • 拓撲谷無能隙半金屬(topological valley gapless semimetal)拓撲谷無能隙半導體(topological valley gapless semiconductor):類比自旋無能隙半導體。
  • 拓撲半准金屬(Topological half-semimetal):是一種完全極化的鐵磁性半金屬,費米能級僅穿過一個自旋通道。位於兩個具有相反陳數的量子反常霍爾絕緣體相之間的拓撲相變處的臨界態。二維拓撲外爾半准金屬 two-dimensional topological Weyl half semimetal理想自旋極化外爾半准金屬 Ideal spin-polarized Weyl-half-semimetal
  • 拓撲准金屬(Topological half-metal):自旋金屬、半極性金屬或半極金屬,以是指對於自旋為某一方向的電子表現為導體,但是對於自旋為另一方向的電子表現為半導體或絕緣體的材料。所有半金屬都是鐵磁性或亞鐵磁性的。陳半金屬 Chern Half-Metal二維鐵磁半金屬 two-dimensional ferromagnetic half-metal二維穩健本徵鐵磁半金屬 two-dimensional robust intrinsic ferromagnetic half-metal完全自旋極化二維拓撲半金屬 fully spin polarized Two-dimensional topological half-metal完全自旋極化外爾節環半金屬 fully spin polarized Weyl-loop half-metal拓撲狄拉克自旋無能隙准金屬 topological Dirac spin-gapless half-metal
  • 谷控半金屬(valley-controlled half-metal):Berry相為2π的體半金屬態,並且間隙閉合谷的數量是可調的。在相邊界處,存在一個半金屬的二維體態(間隙在K或K0處閉合),具有一個或兩個可調的谷間隙閉合。各個點對應於雙谷半金屬(dual-valley half-metal,谷簡併 valley degeneracy)、單谷半金屬(single-valley half-metal,另一個谷是絕緣的)、自旋谷鎖定半金屬(spin-valley locked semimetal,費米能級附近的自旋下降(自旋上升)子帶被鎖定在K(K0)谷)。單谷半金屬(single-valley semimetal,兩個谷中只有一個是無隙的,具有退化的自旋)
  • 拓撲准半金屬(Topological semi-half-metal):費米能級源自同一自旋通道,產生完全自旋極化,受到鏡像對稱性的保護,具有完全自旋極化的超平坦表面狀態。鐵磁拓撲准半金屬 ferromagnetic topological semi-half-metal外爾單環半金屬 Weyl Monoloop Semi-Half-Metal
  • 半拓撲半金屬(half-topological semimetal):在平凡的自旋向上和非平凡的自旋向下帶之間表現出Berry曲率抵消。
  • 拓撲半谷金屬(Topological half-valley metal,HVM):在一個能谷處呈現金屬態,而在另一不等價能谷處依舊保持具有帶隙的絕緣體態,其載流子本質上是完全谷極化的。
  • 拓撲准半谷金屬(Topological Quasi-half-valley metal,OHVM):包括電子和空穴載流子,只有一種載流子是谷極化的,可以實現電子和空穴的分離功能。
  • 谷極化金屬(Valley-polarized metal,VPM):電子從K點的導帶移動到K'點的價帶,VPM相本質上是金屬的,沒有遷移率間隙。相邊界上還存在邊緣谷極化金屬 marginal valley polarized metal,M-VPM自旋谷極化金屬 spin valley polarized metal,SVPM谷自旋極化金屬 valley-spin polarized metal
  • 同位旋極化金屬(isospin-polarized metal);破缺對稱性金屬 Broken-symmetry metal,通過斯通納(Stoner)機制,當庫侖相互作用主導動能時,石墨烯中自旋和谷的簡併性可以被解除,不同自由度的能量之間的競爭會導致豐富的破缺對稱相。
    • 同位旋極化四分之一金屬(isospin-polarized quarter-metal):同位旋對稱破缺四分之一金屬 isospin-symmetry breaking quarter-metal,自旋和谷自由度均完全極化,量子振盪表現為單一簡併度(1-fold degeneracy),通過斯通納(Stoner)機制自發打破自旋和谷的對稱性。菱面體石墨烯四分之一金屬 rhombohedral graphene quarter metal谷極化四分之一金屬 valley-polarized quarter-metal自旋極化四分之一金屬 spin-polarized quarter-metal谷相干且自旋極化四分之一金屬 valley-coherent and spin-polarized quarter-metal簡單四分之一金屬 simple quarter-metal環形四分之一金屬 annular quarter-metal
    • 同位旋極化四分之三金屬(isospin-polarized three-quarter-metal):同位旋對稱破缺四分之三金屬 isospin-symmetry breaking three-quarter-metal,自旋和谷極化,其費米面具有三重簡併度(3-fold degeneracy),對應三個自旋-谷自由度被占據,而第四個自由度未被完全占據,通過斯通納(Stoner)機制自發打破自旋和谷的對稱性。四分之三金屬相的出現與Ising型SOC密切相關,SOC通過穩定谷極化或自旋極化,使三自由度的占據成為能量有利的狀態。菱面體石墨烯四分之三金屬 rhombohedral graphene three-quarter metal
    • 同位旋極化半金屬(isospin-polarized half-metal):同位旋對稱破缺半金屬 isospin-symmetry breaking half-metal,自旋極化但谷未極化(spin-polarized but valley-unpolarized),谷自由度仍保持對稱,量子振盪表現為雙重簡併度(2-fold degeneracy),通過斯通納(Stoner)機制自發打破自旋和谷的對稱性。菱面體石墨烯半金屬 rhombohedral graphene half-metal谷非極化半金屬 valley-unpolarized half-metal環形費米海半金屬 annular Fermi sea half-metal
    • 同位旋非極化全金屬(isospin-unpolarized full metal):未發生對稱性破缺的金屬態,所有四個自旋-谷自由度保持SU(4)對稱性,量子振盪表現為四重簡併度(4-fold degeneracy),電阻率無反常霍爾效應,磁化率響應符合正常金屬行為。菱面體石墨烯全金屬 rhombohedral graphene full metal
    • 「幾乎」半金屬 「almost」 half-metal「幾乎」四分之一金屬狀態 「almost」quarter-metal:除了三角翹曲之外,還需要考慮非等量相互作用U1和U2的影響。同時考慮U1 > U2和U1 < U2,隨着一種相互作用大於另一種,自旋或谷極化相相對於對稱情況會增長。U1 > U2和U1 < U2處的有序態結構並不相同,在這兩種情況下,發現兩個部分有序態,分別具有較大和較小的費米面。
  • 拓撲金屬(Topological Metal):一種特殊的金屬材料,它在費米能附近具有非平庸的能帶交叉,並產生特殊的准粒子激發。拓撲金屬可以根據這些能帶交叉的特徵進行分類。根據交叉點附近能帶色散的傾斜程度可以分為第一類拓撲金屬 Type-I topological metal第二類拓撲金屬 Type-II topological metal節點金屬 Nodal point metal節線金屬 Nodal line metal節點鏈金屬 Nodal-chain metal節面金屬 Nodal surface metal節網金屬 Nodal Net metal混合節線金屬 Hybrid nodal line metal交錯磁節網金屬 Altermagnetic Nodal Net metal三點金屬 triple-point metal四次金屬相 quartic metal平帶金屬 Flat-band metal二維拓撲金屬 One-dimensional topological metal二維高階拓撲金屬 Two-dimensional higher-order topological metal二維拓撲鐵電金屬 Two-dimensional Topological Ferroelectric Metal拓撲鐵谷金屬 Topological Ferrovalley Metal拓撲對稱晶體金屬 topological symmorphic crystalline metal克拉默節線金屬 Kramers Nodal line metal (KNL)准二維狄拉克金屬 quasi-2D Dirac metal二維大質量狄拉克金屬 two-dimensional massive Dirac metal層狀極性狄拉克金屬 layered polar Dirac metal摻雜外爾金屬 Doped Weyl Metal強自旋軌道金屬 strong spin-orbit metal陳金屬 Chern Metal環流陳金屬 Loop-Current Chern Metal
    • 分數化拓撲金屬(Fractionalized Topological metal)一維手性拉廷格液體 one-dimensional chiral Luttinger liquids(勞克林態 Laughlin state 邊緣)三維分數化金屬 Three Dimensions Fractionalized metal(三維手性拉廷格液體 three-dimensional chiral Luttinger liquids,4D量子霍爾態表面)
    • 拓撲麥克斯韋金屬(Topological Maxwell Metal):具有三重簡併的拓撲金屬能帶結構,具有3帶結構,有3重簡併,色散關係為線性的,相應的准粒子激發是贗自旋為1的相對性費米子,可以證明要用麥克斯韋方程描述。
  • 拓撲量子磁體(topological quantum magnet)(一維磁絕緣體 One-dimensional magnetic insulators):一維拓撲自旋鏈 one-dimensional topological spin chains(自旋-1 霍爾丹鏈 spin-1 Haldane chains、鐵磁耦合自旋1/2自由基 ferromagnetically-coupled spin-1/2 radicals、反鐵磁霍爾丹鏈 antiferromagnetic Haldane chain)拓撲量子海森堡鏈 topological quantum Heisenberg spin chains(二聚化一維自旋-1/2反鐵磁海森堡鏈 dimerized one-dimensional spin-1/2 Antiferromagnet Heisenberg chains,一階拓撲量子磁體 first-order topological quantum magnet)拓撲量子海森堡陣列 topological quantum Heisenberg spin arrays (二聚化二維自旋-1/2 反鐵磁海森堡陣列 dimerized two-dimensional spin-1/2 Antiferromagnet Heisenberg arrays,二階拓撲量子磁體 second-order topological quantum magnet)奧林匹克烯量子自旋-1/2 海反鐵磁森堡鏈 Olympicenes quantum spin-1/2 antiferromagnetic Heisenberg chains(Olympic-環狀磁性納米石墨烯)、量子自旋-1/2 反鐵磁海森堡三聚體自旋鏈 quantum spin-1/2 antiferromagnetic Heisenberg trimer spin chain量子自旋-1/2 反鐵磁海森堡四聚體鏈 quantum spin-1/2 antiferromagnetic Heisenberg tetramer chain四聚體鐵-鐵-反鐵-反鐵反鐵磁伊辛海森堡鍵交替鏈 tetramer ferro-ferro-antiferro-antiferromagnetic (F-F-AF-AF) Ising-Heisenberg bond alternating chain准一維亞鐵磁鏈 quasi-one-dimensional Ferrimagnetic chain准一維反鐵磁鏈 quasi-one-dimensional Ferromagnetic chain准一維反鐵磁鏈 quasi-one-dimensional Antiferromagnetic chain准一維螺旋磁鏈 quasi-one-dimensional Helimagnet chain准一維磁體自旋鏈 quasi-one-dimensional magnet spin chains magnet准一維導電鏈 quasi-one-dimensional conducting chain量子自旋-聲子鏈 quantum spin-phonon chain
  • 拓撲鐵性材料(Topological ferroic)
    • 拓撲磁體(Topological magnet)量子霍爾鐵磁體 quantum Hall ferromagnet量子霍爾反鐵磁體 quantum Hall Antiferromagnet量子反常霍爾鐵磁體 quantum Anomalous Hall Ferromagnet量子反常霍爾反鐵磁體 quantum anomalous-Hall antiferromagnet贗自旋量子霍爾鐵磁 Pseudospin Quantum Hall Ferromagnet半金屬狄拉克鐵磁體 semimetallic Dirac ferromagnet半金屬外爾鐵磁體 semimetallic Weyl ferromagnet半金屬鐵磁體 half-metallic ferromagnet (HMF)半金屬鐵磁體 half-metal ferromagnet四分之一金屬鐵磁體 quarter-metal ferromagnet四分之三金屬鐵磁體 three-quarter-metal ferromagnet二維范德華磁體 two-dimensional van der Waals magnet范德華拓撲鐵磁體 Van der Waals Topological Ferromagnet范德華拓撲反鐵磁體 Van der Waals Topological antiferromagnet二維拓撲鐵磁體 two-dimensional topological ferromagnet二維拓撲反鐵磁體 two-dimensional topological antiferromagnet三維拓撲磁體 three-dimensional Topological magnet拓撲節點線鐵磁體 topological nodal-line ferromagnet量子極限陳拓撲磁體 Quantum-limit Chern topological magnet二維拓撲克爾效應磁體 two-dimensional Topological Kerr effect magnet近藤相互作用拓撲反鐵磁體 Kondo-Interacting Topological Antiferromagnet自旋分裂反鐵磁體 Spin-Splitting Antiferromagnet多空間拓撲耦合二維鐵磁體 Coupling Multi-space Topologies two-dimensional Ferromagnet(K空間+R空間拓撲)
    • 拓撲鐵電相(Topological Ferroelectric)量子霍爾鐵電相 Quantum Hall Ferroelectric量子霍爾反鐵電相 Quantum Hall Antiferroelectric分數量子鐵電體 Fractional Quantum Ferroelectric鐵電量子反常霍爾態 ferroelectric quantum anomalous Hall state
    • 拓撲鐵谷相(Topological ferrovalley)
  • 拓撲晶體(Topological crystalline):由晶體對稱性所保護的拓撲材料,這些材料往往不遵循體-邊對應關係。
    • 拓撲晶體絕緣體(Topological crystalline insulator):由晶體對稱性保護的一類拓撲絕緣體, 無能隙表面態只在具有特定對稱性的表面出現,晶體對稱性更容易被外電場、應力所改變。二維拓撲晶體絕緣體 Two-Dimensional Topological Crystalline Insulator三維拓撲晶體絕緣體 Three-Dimensional Topological Crystalline Insulator鏡面陳絕緣體 Mirror Chern insulator沙漏拓撲晶體絕緣體 Hourglass Topological crystalline insulator牆紙拓撲晶體絕緣體 Wallpaper Topological crystalline insulator薄膜拓撲晶體絕緣體 thinfilm topological crystalline insulator高階拓撲晶體絕緣體 higher-order Topological crystalline insulator二維實鏡面陳絕緣體 two-dimensions Mirror real Chern insulator三維實鏡面陳絕緣體 three-dimensions Mirror real Chern insulator晶體霍普夫絕緣體 Crystalline Hopf insulator(精細拓撲 Delicate topology)、拓撲晶體近藤絕緣體 Topological crystalline Kondo insulator對稱高階拓撲晶體絕緣體 -symmetric higher-order topological crystalline insulator對稱拓撲晶體絕緣體 -symmetric topological crystalline insulator對稱拓撲晶體絕緣體 -symmetric topological crystalline insulator對稱拓撲晶體絕緣體 -symmetric topological crystalline insulator對稱拓撲晶體絕緣體 -symmetric topological crystalline insulator對稱拓撲晶體絕緣體 -symmetric topological crystalline insulator對稱拓撲晶體絕緣體 -symmetric topological crystalline insulator對稱拓撲晶體絕緣體 -symmetric topological crystalline insulator對稱聲學拓撲晶體絕緣體 -symmetric acoustic topological crystalline insulator層狀拓撲晶體絕緣體 Layered Topological Crystalline insulator旋錯拓撲晶體絕緣體 disclination topological crystalline insulator非對稱拓撲晶體絕緣體 Nonsymmorphic topological crystalline insulator三維表面異常晶體對稱分數化拓撲晶體絕緣體 three-dimensional Surface Anomalous Crystal Symmetry Fractionalization Topological Crystalline insulator一階光學拓撲晶體絕緣體 first-order photonic topological crystalline insulator二階光學拓撲晶體絕緣體 second-order photonic topological crystalline insulator三維光學高階拓撲絕緣體 three-dimensional photonic higher-order topological insulator
    • 拓撲非同態晶體絕緣體(opological non-symmorphic crystalline insulator,TNCI):該體系源於非對稱型晶體對稱性,不同於傳統的拓撲相變。其中拓撲表面態以莫比烏斯扭曲連接(Möbius-twisted connectivity)為特徵。
    • 拓撲晶體半金屬(Topological crystalline semimetal)非對稱晶格拓撲晶體半金屬 non-symmorphic lattice Topological crystalline semimetal
    • 拓撲晶體超導體(Topological crystalline superconductors)局域非中心對稱拓撲晶體超導體 locally noncentrosymmetric Topological crystalline superconductivity二維拓撲晶體超導體 two dimensions Topological crystalline superconductors非對稱拓撲晶體超導體 Nonsymmorphic topological crystalline superconductors二維四重對稱拓撲晶體超導體 two dimensions fourfold symmetric topological crystalline superconductors局部非中心對稱多層拓撲晶體超導體 Locally Noncentrosymmetric Multilayer Topological Crystalline superconductors長程有序非晶原子鏈准一維拓撲晶體超導體 Long-Range Ordered Amorphous Atomic Chains Quasi-One-Dimensional Topological crystalline superconductors
    • 拓撲時間晶體(Topological Time Crystal):由於具有特殊的拓撲性質,時間平移對稱性只在系統邊界處(鏈的兩端)被破壞的動力學現象。
    • 拓撲時空晶體(Topological Space-Time Crystal):含時間的量子系統,不具有離散的空間平移對稱性,而是在離散的時空平移下保持不變。(1+1)維拓撲時空晶體 (1+1)-dimensional topological space-time crystal(中隙邊模 midgap edge modes)、(2+1)維拓撲空時晶體 (2+1)-dimensional topological space-time crystal(手性邊態chiral edge state)、(3+1)維外爾時空半金屬 (3+1)-dimensional Weyl space-time semimetal一維非厄米時空晶格 One-dimensional Non-Hermitian Spatiotemporal lattice
    • 拓撲空間晶體(Topological Space Crystal):利用厄米特-Floquet-SSH 模型,實現了具有能量間隙的光子晶格,並驗證了空間拓撲態的出現。當空間纏繞數在空間界面發生變化時,會出現定域於界面的拓撲態;而當界面兩側纏繞數相等時,則無拓撲態出現。
  • 反常霍爾晶體(anomalous Hall Crystal):自發地同時破壞了時間反演和平移對稱性
  • 拓撲准晶(Topological quasiCrystal):由准晶對稱性所保護的拓撲材料。
    • 拓撲准晶絕緣體(Topological quasiCrystal insulator):由准晶對稱性保護的一類拓撲絕緣體,由點群對稱性保護的高階拓撲相,在任何情況下都是不可能的晶體體系。二維高階准晶拓撲絕緣體 two-dimensional Higher-Order quasicrystalline topological insulator拓撲歐拉准晶絕緣體 topological Euler QuasiCrystal insulator偶數重旋轉對稱性高階拓撲准晶絕緣體 even-fold rotation symmetry higher-order topological quasicrystalline insulator奇數重旋轉對稱性高階拓撲准晶絕緣體 odd-fold rotation symmetry higher-order topological quasicrystalline insulator奇數維五重旋轉對稱性高階拓撲准晶絕緣體 odd five-fold rotation symmetry higher-order topological quasicrystalline insulator對稱高階拓撲准晶絕緣體 symmetry higher-order topological quasicrystalline insulator對稱高階拓撲准晶絕緣體 symmetry higher-order topological quasicrystalline insulator對稱高階拓撲准晶絕緣體 symmetry higher-order topological quasicrystalline insulator對稱高階拓撲准晶絕緣體 symmetry higher-order topological quasicrystalline insulator
      • 三維准晶拓撲絕緣體(Three-Dimensional quasiCrystal Topological insulator):不依賴於晶體順序的拓撲狀態,在沒有帶結構描述和自旋軌道耦合的情況下,依賴於准晶的非晶旋轉對稱性和電子軌道空間對稱性的結合,這是拓撲晶體絕緣體的准晶對應物。由此產生的拓撲狀態遵循非平凡的扭曲體邊界對應關係,並且缺乏良好的金屬表面。多重分形性拓撲表面態位於尊重准晶對稱性的頂面和底面上,概率密度主要集中在高對稱性斑塊上。它們形成了一個近乎退化的「不動」態流形,其數量與宏觀樣本大小成比例。
    • 拓撲准晶超導體(Topological quasiCrystal superconductors)彭羅斯晶格准晶拓撲超導體 Penrose lattice quasicrystal topological superconductors准晶八重旋轉對稱性二維高階拓撲超導體 quasicrystalline eightfold rotation symmetry two-dimensional higher-order topological superconductors拓撲歐拉准晶超導體 topological Euler QuasiCrystal superconductors扭曲雙層准晶高角動量拓撲超導體 twisted bilayer quasicrystal High-angular-momentum topological superconductors
    • 拓撲准晶半金屬(Topological quasiCrystal semimetal)准晶拓撲狄拉克半金屬 quasiCrystal Topological Dirac semimetal准晶拓撲外爾半金屬 quasicrystal Topological Weyl semimetal十邊形准晶拓撲半金屬 decagonal quasiCrystal Topological semimetal二十面體准晶拓撲半金屬 icosahedral quasicrystal Topological semimetal
  • 拓撲非晶(Topological Amorphous)
    • 拓撲非晶絕緣體(Topological Amorphous insulator)拓撲歐拉非晶晶格絕緣體 Amorphous lattice topological Euler insulator
    • 拓撲非晶超導體(Topological Amorphous superconductors)拓撲歐拉非晶晶格超導體 Amorphous lattice topological Euler superconductors
  • 拓撲玻璃(topological glass)環狀聚合物拓撲玻璃 ring polymeric topological glass
  • 拓撲等離子體(topological plasmons)谷霍爾拓撲等離子體 valley Hall topological plasmons量子谷霍爾等離子體 Quantum Valley–Hall Plasmons量子自旋霍爾等離子體 Quantum Spin Hall Plasmons
  • 拓撲超輻射態(Topological Superradiant state):置於光學腔中的雙分量簡併費米氣體會在原子內態與腔場相互作用下出現等效的自旋軌道耦合作用。通過調節腔的輸入光場,體系在長時極限下的穩態可以被驅動到一種新奇的拓撲超輻射態上。在拓撲超輻射態上,光腔中產生大量光子,費米氣體中出現密度調製;同時,體系也會獲得類似手性拓撲絕緣體的拓撲非平庸性質。
  • 拓撲真空(Topological Vacua):真空往往指的是電磁場的基態,其場強為零且是非簡併的。非阿貝爾的楊-米爾斯場真空卻是簡併的,雖然其場強都為零,卻具有不同的拓撲結構。該現象是1975年被首次被理論預測存在。根據在超冷原子中合成SU(2)楊-米爾斯場拓撲真空的理論方案,通過拉曼光場操控玻色愛因斯坦凝聚體,在參數空間通過超冷原子的自旋紋理和霍普夫環直接展示真空的拓撲結構。真空而不是空的基本概念,它具有豐富的空間結構。合成了拓撲數𝑛=1真空的哈密頓量,並測量了相關的Hopf指數。拓撲數𝑛=2的真空也被實現,具有不同拓撲數的真空具有獨特的自旋結構和Hopf鏈。

相態性質

[編輯]
  • 導體半導體:一般固體材料依照其導電性分為絕緣體、半導體、導體。絕緣體在費米能處存在着有限大小的能隙,所以沒有自由載流子;導體在費米能級處存在着有限的電子態密度,所以擁有自由載流子;半導體包括陳半導體和狄拉克半導體,在費米能處沒有能隙,但是費米能級處的電子態密度仍然為零。
  • 絕緣體能帶絕緣體 Energy Band Insulator電荷轉移絕緣體 Charge-transfer insulator維格納絕緣體 Wigner insulator安德森絕緣體 Anderson Insulator派爾斯絕緣體 Peierls Insulator莫特絕緣體 Topological Mott insulator
  • 磁性材料:根據材料是否滿足時間反演對稱性(time-reversal symmetry)分為磁性材料和非磁性材料,磁性材料(至少局域地)打破了時間反演對稱性。時間反演對稱性與磁矩相關。根據磁矩的排列方式,磁性材料又分為共線(collinear)和非共線(non-collinear),非共線材料又分為共面(coplanar)和非共面(noncoplanar)。對於共面而言,磁矩在實空間旋轉但是保持在一個面上。共線磁矩例如鐵磁,整個材料中的局域磁矢量方向都是互相平行的。對於共線材料,根據晶體中的平移對稱性(translational symmetry)可以分為磁結構和晶格公度(commensurate)或非公度(incommensurate)兩種。後者的典型例子是自旋密度波(spin-density wave,SDW)。前者存在自旋向上(spin-up)和自旋向下(spin-down)兩種子晶格(sublattice),整體對外表現的磁矩可以是零,或者非零。磁結構和晶格一致的材料再往下分,可以根據晶體對稱性來分。對外部不表現宏觀磁矩的磁性材料稱為「完全互補(fully compensated)」。沒有晶體對稱互補的材料是鐵磁材料,對外表現出宏觀磁矩,晶體中每個格點上的磁矩平行同向排列。另一種不滿足晶體對稱性的是亞鐵磁。對於滿足晶體對稱性的磁性材料,對外不表現出磁性,不同於反鐵磁的交替磁材料,兩者的區別在於兩套子晶格之間相互重合的對稱性不同。對於反鐵磁材料,兩套子格之間通過平移或反演操作聯繫,這兩種對稱操作不會破壞克拉默簡併(Kramers degeneracy),而對於交替磁性材料而言,兩套子格之間通過其他對稱操作例如四重旋轉對稱操作來連接。反鐵磁和交替磁性之間的另一個區別是反鐵磁的磁序(或者說自旋)只在實空間(坐標空間)交替(stagger)排列,而交替磁性材料的磁序在實空間和倒空間(動量空間)都交替排列。
  • 磁序狀態(Magnetically ordered):在過渡金屬的原子中有電子單獨存在於原子軌域而且不形成化學鍵,所以在淨自旋不是0的情況下擁有淨磁矩,不同原子的磁矩都是有規則地排列,可以製成亞鐵磁體(Ferrimagnetics)、鐵磁體(Ferromagnet)、反鐵磁體(Antiferromagnet)和交錯磁體(Altermagnet、共線自旋劈裂反鐵磁體 collinear spin-split antiferromagnet)。四種基本的磁性狀態,磁性、反磁性、交錯磁性以及液體量子自旋態。磁序狀態,長程磁序(long-range magnetic order)、動態短程磁序(Dynamic short-range magnetic order )、靜態短程磁序(Static short-range magnetic order)、二維自旋磁序(two-dimensional spin order)。
    • 反鐵磁體有四種:強迫鐵磁體(forced ferromagnetics)、傾斜反鐵磁體(canted antiferromagnetic,cAFM)、尼爾反鐵磁體(Néel antiferromagnetic,nAFM),條紋反鐵磁體(stripe antiferromagnetic,sAFM),鋸齒形反鐵磁體(zigzag antiferromagnetic,zAFM)、螺旋型反鐵磁體(helical-type antiferromagnetic)、螺旋型反鐵磁體(screw-type antiferromagnetic)、伊辛型反鐵磁體(Ising-type antiferromagnetic)、海森堡型反鐵磁體(Heisenberg-type antiferromagnetic)、XY型反鐵磁體(XY-type antiferromagnetic)、XXZ型反鐵磁體(XXZ-type antiferromagnetic)。層內FM+層間AFM=A-type AFM、層內AFM+層間FM=C-type AFM、層內AFM+層間AFM=G-type AFM,C-type衍生出的三種構型稱為:C-type AFM(C-sAFM),E-type AFM(C-zAFM),S-type AFM(C-nAFM),G-type衍生出的三種構型稱為:G-type AFM(G-sAFM),E'-type AFM(G-zAFM),T-type AFM(G-nAFM)。CE-type AFM、B-type AFM、D-type AFM、F-type AFM、H-type AFM、V-type AFM、X-type AFM(交叉鏈)、Y-type AFM、Z-type AFM。多Q反鐵磁:雙Q反鐵磁、四Q反鐵磁。非共線反鐵磁態,因為非共線自旋夾角可以是一個無理數,如螺旋 spiral、渦旋 vortex、手性 chiral、圓錐 conical等各種三維和二維空間構型。二維反鐵磁構型:石墨烯格子、菱形格子、三角格子、四方格子。
    • 二維磁體(Two-Dimensional Ferromagnet)、二維反磁體(Two-Dimensional Antiferromagnet)、二維四方反鐵磁體(two-dimensional tetragonal Antiferromagnet)、二維六方反鐵磁體(Two-dimensional hexagonal Antiferromagnet)、八面體反鐵磁體(octahedral antiferromagnet)、二維四方交替磁體(two-dimensional tetragonal Altermagnet)、轉角交替磁體(twisted Altermagnet)、二維鐵電交流磁鐵(Two-Dimensional Ferroelectric Altermagnet)、一型二維共線磁體(Type I 2D Collinear Magnet)、二型二維共線磁體(Type II 2D Collinear Magnet)、三型二維共線磁體(Type III 2D Collinear Magnet)、四型二維共線磁體(Type IV 2D Collinear Magnet)、非共線自旋劈裂反鐵磁體(noncollinear spin-split antiferromagnet)、籠目晶格鐵磁體(kagome lattice ferromagnet)、籠目晶格反鐵磁體(kagome lattice antiferromagnet)、量子臨界鐵磁體(quantum-critical ferromagnet)、自旋極化反鐵磁體(Spin-polarized antiferromagnetic)、刺蝟反鐵磁體(hedgehog antiferromagnetic)、雙刺蝟反鐵磁體(dual-hedgehog antiferromagnetic )、平行對反鐵磁體(parallel-pairs antiferromagnetic)、二維完全補償鐵磁體(Two-dimensional fully-compensated ferrimagnet)、補償型反鐵磁體(compensated antiferromagnet)、非共線亞鐵磁體(Non-collinear ferrimagnet)、強自旋-軌道耦合亞鐵磁體(trong spin–orbit coupling Ferrimagnet)、超小型阻尼亞鐵磁體(ultrasmall damping Ferrimagnet)、半金屬鐵磁體(Half-Metallic Ferromagnet)、螺旋磁體(helimagnet)、短周期螺旋磁體(Short Period Helimagnet)、手性螺旋磁體(Chiral Helimagnet)、錐形螺旋磁體(Conical-spiral Magnetic)、立方手性磁體(cubic chiral magnet)、蜂窩晶格場極化基塔耶夫磁體(honeycomb-lattice field-polarized Kitaev magnet)、星形晶格高場極化基塔耶夫磁體(star lattice high-field polarized Kitaev magnet)、波交錯磁體(-wave altermagnet)、波交錯磁體(-wave altermagnet)、波交錯磁體(-wave altermagnet)、波交錯磁體(-wave altermagnet)、收縮納米磁體(constricted nanomagnet)、單分子磁體(single-molecule magnet,SMM)、單離子磁體(Single-Ion magnet, SIMs)、單鏈磁體(single-chain magnet,SCMs)、單面磁體(Single-sided Magnet)、逆單面磁體(Inverse Single-sided Magnet)、非晶狀磁體(amorphous magnet)
    • 磁狀態包括抗磁性(diamagnetism)、超抗磁性(superdiamagnetism)、順磁性(paramagnetism)、超順磁性(superparamagnetism)、鐵磁性(ferromagnetism)、超鐵磁性(superferromagnetism)、反鐵磁性(antiferromagnetism)、弱鐵磁性(Weak Ferromagnetism)、長岡鐵磁性(Nagaoka ferromagnetism)、交錯磁性(交磁性、交變磁性、交互磁性 altermagnetism)、隱藏交替磁性(Hidden altermagnetism)、鐵電可切換交錯磁性(Ferroelectric Switchable Altermagnetism)、亞鐵磁性(ferrimagnetism)、螺旋磁性(Helical/Spiral magnetism)、螺旋磁性(helimagnetism)、圓錐螺磁性(conicalmagnetism)、變磁性(metamagnetism)、混磁性(mictomagnetism)、混合磁性(mixomagnetism)、散磁性(sperromagnetism)、單線態磁性(singlet-based magnetism)、單軸磁性(uniaxial magnetism)、多軸反鐵磁性(multiaxial antiferromagnetism)、單層磁性(Monolayer magnetism)、巡遊鐵磁性(itinerant ferromagnetism)、流動鐵磁性(Itinerant Ferromagnetism)、贗自旋鐵磁性(Pseudospin Ferromagnetism)、贗自旋反鐵磁性(Pseudospin antiferromagnetism)、全補償亞鐵磁性(Fully Compensated Ferrimagnetism,fFIMs,二維共線磁性)、量子極限陳拓撲磁性(Quantum-limit Chern topological magnetism)、自旋玻璃、自旋冰、量子自旋液體、量子自旋軌道液體、鐵磁超導體(ferromagnetic superconductor)、反鐵磁超導體(antiferromagnetic superconductor)。
    • 磁有序結構鐵磁有序結構、反鐵磁有序結構、交錯磁有序結構、亞鐵磁有序結構、螺旋磁性有序結構、正弦波模磁有序結構。非晶態金屬磁性的錐形磁有序結構,又可以分成三種形式,散反鐵磁性有序結構(speromagnetism),散亞鐵磁性有序結構(sperimagnetism),散鐵磁性有序結構(asperomagnetism)。考慮到材料的三維結構,存在磁矩共線排列的共線磁、共面磁、非共面磁、磁矩螺旋排列的螺旋磁、磁矩如梯子排列的自旋梯等。120度磁有序(120 degree magnetic order,AFM3)、全進全出序(all-in-all-out magnetic order)、上下磁序(up-down magnetic order)、上上下磁序(up-up-down (UUD) magnetic order)、上上下下磁序(up-up-down-down (UUDD) magnetic order)、環形有序(toroidal order)、手性螺旋磁序(chiral helimagnetic order,CHM)、矢量手性有序(vector chirally order)、螺旋自旋有序(spiral spin order)、雙螺旋自旋有序(double-spiral spin order)、磁自旋偶極序(magnetic spin dipolar order)、磁四極序(magnetic octupole order)、磁八極序(magnetic quadrupolar order)、磁十六極序(magnetic hexadecupolar order)、鐵性四極序(ferroquadrupolar order)、反鐵性四極序(antiferroquadrupolar order)、反鐵電四極序(antiferroic electric quadrupole order)、交錯自旋四極序(staggered spin-quadrupole order)、非均勻四極序(Nonuniform quadrupolar order)、交替磁有序(Altermagnetic order)、非中心對稱有序(Noncentrosymmetric order)、()型反鐵磁序(()-Type Antiferromagnetic Order)、型共線自旋有序(-type collinear spin order)、型非共線螺旋磁序(-type non-collinear spiral magnetic order)
    • 鐵基超導磁結構可能有三種:自旋密度波條紋相(stripe-type spin-density wave, SSDW)、自旋電荷密度波相(spin-charge-density wave, SCDW)、自旋渦旋點陣相(spin-vortex crystal, SVC)。
    • 混合磁性智能材料:鐵磁流體(Ferrofluid)、磁流變流體(Magnetorheological fluid)、磁彈性體(magneto-elastomers,MINE)、磁離子彈性體(magneto-iono-elastomers,MINE)、磁流變彈性體(Magnetorheological elastomer,MREs)、磁敏彈性體(magnetosensitive elastomers)、磁致活性彈性體(magnetoactive elastomers,MAE)、磁致伸縮材料(Magnetostrictive materials)、磁性形狀記憶合金(Magnetic shape-memory alloy)
    • 磁性材料中的自旋拓撲結構是自旋有序體系,磁性渦旋(Vortex)、反渦旋(Antivortex)、斯格明子(Skyrmion)、反斯格明子(Antiskyrmion)、雙斯格明子(biskyrmion)、磁泡(Bubble)、半子(meron)、磁浮子(magnetic bobbers)。包含DM (Dzyaloshinskii-Moriya) 相互作用的體系在外磁場以及溫度的作用下出現多種磁有序結構, 例如螺旋磁(helical)、圓錐螺磁(conical)、鐵磁、斯格明子相等。在二維體手性材料里主要有鐵磁態、斯格明子態、螺旋態。低磁場下是螺旋態,隨磁場的上升螺旋態逐漸變為斯格明子態。在適當的磁場溫度下斯格明子會排列成密堆積的結構,類似於晶體中的原子排列,所以稱為斯格明子晶體態、在准一維納米條帶中,類似的堆積結構也被稱為堆積斯格明子態(packed skyrmion)、隨着納米條帶寬度的降低,同樣的堆積結構逐漸變成一維斯格明子鏈。相圖中介於鐵磁態和斯格明子晶體態之間的斯格明子與鐵磁的混合態,也可以稱之為斯格明子氣體態;當體系中只有一個斯格明子時可以稱為單獨斯格明子態。在界面手性材料中,螺旋態變成了一種類似的螺線(spiral) 態,螺線態與螺旋態結構的主要差異是相鄰自旋旋轉方向的不同。
    • 磁疇結構是鐵磁質的基本組成部分。在各磁疇中, 原子磁矩的排列各有相互平行的自發傾向, 磁矩方向保持一致。但是各磁疇的排列方向是混亂的, 所以鐵磁體在沒有被磁化前不顯磁性. 磁疇結構多種多樣, 通常有以下幾種類型: 片形疇、封閉疇、旋轉疇、棋盤疇、柱形疇、蜂窩疇、迷宮疇、楔形疇等. 在磁疇的邊界, 磁矩從一個方向連續地過渡到另一個方向, 從而有磁疇壁。典型的磁疇壁有布洛赫疇壁、奈爾疇壁等。在外磁場的作用下, 不同方向的磁疇的大小發生變化, 以致外磁場方向上的總磁矩隨外磁場的增強而增加. 所以, 磁疇的結構影響磁化過程和退磁化過程, 從而影響材料的磁性能。鐵電疇(ferroelectric domain)包括60°疇、90°疇、180°疇、360°疇、71°疇、109°疇、251°疇、螺旋條紋疇(helical stripe domain)、平行條紋疇(parallel-stripe domain')、迷宮條紋疇(labyrinth-stripe domain)、閉合疇(closure domain)、磁通量閉合疇(flux-closure domain)、氣泡疇(bubble domain)、迷宮疇(labyrinth domain)、渦旋疇(Vortex Domains)、帶電壁疇(Charged Domain Walls)。鐵電的極性拓撲疇(polar topology domain)包括中心型對頂疇(Centre-type quad-domains)、中心收斂疇(centre-convergent domains)、中心發散疇(centre-divergent domains)、向上四疇(upward quad-domains)、向下四疇(downward quad-domains)、極性所羅門環(Polar Solomon rings)、手性渦旋疇 (chirality Vortex Domains)、環形極性拓撲疇(Toroidal polar topology domain)。多鐵性自旋螺旋疇 multiferroic spin-spiral domain
  • 電極化狀態(ordered):當給電介質施加一個電場時,由於電介質內部正負電荷的相對位移,會產生電偶極子,這現象稱為電極化(electric polarization)。電極化狀態包括介電質(dielectric)、順電性(paraelectricity)、超順電性(superparaelectricity)、鐵電性(ferroelectricity)、反鐵電性(antiferroelectricity)、幾何鐵電性(Geometric ferroelectricity)、螺旋電性(helielectricity)、滑動鐵電性(sliding ferroelectricity)、非晶態鐵電性(Amorphous ferroelectricity)、亞鐵電性(ferrielectricity)、不可約亞鐵電性 (irreducible ferrielectricity) 。電極化相態:鐵電體(Ferroelectric)、反鐵電體(Antiferroelectric)、弛豫鐵電體(relaxor Ferroelectric)、遍歷弛豫鐵電體(ergodic relaxor Ferroelectric)、非遍歷弛豫鐵電體(nonergodic relaxor Ferroelectric)、順電體(paraelectric)、非極性順電體(non-polar paraelectric)、量子順電體(Quantum paraelectric)、先兆性鐵電體(incipient ferroelectric)、分數量子鐵電體(Fractional Quantum Ferroelectrics (FQFE),本質是相對於晶格矢量的分數原子位移,可以分別導致分數(Type-I FQFE)和整數(Type-II FQFE)量子化極化)、變形螺旋鐵電體(deformed helix ferroelectric DHF)、非正規或非本徵鐵電體(improper or extrinsic ferroelectric)、贗本徵鐵電體(pseudo-proper ferroelectric)、位移型鐵電體(displacive Ferroelectric)、有序無序型鐵電體(order-disorder Ferroelectric)、公度鐵電體(commensurate Ferroelectric)、無公度鐵電體(incommensurate Ferroelectric)、可重取向鐵電體(reorientable Ferroelectric)、可反向鐵電體(reversible Ferroelectric)、可重取向不可反向鐵電體(reorientable non-reversible Ferroelectric)、單軸鐵電體(Uniaxial Ferroelectric)、多軸鐵電體(Multiaxial Ferroelectric)、本徵彈性聚合物鐵電體(Intrinsically elastic polymer ferroelectric)
  • 鐵性狀態(ferroic ordered):鐵磁性(Ferromagnetic)具有自發的磁化現象,磁場消失後磁性能保持。在外加磁場下,磁感應強度會隨着磁場的變向而變方向。鐵電性(Ferroelectric)材料具有自發極化,極化強度隨着外電場的改變而改變。鐵彈性(Ferroelastic)材料是極化應變隨着應力而改變。它們的共同特點,功能性能響應有滯後,微觀上能形成疇結構,統稱鐵性(ferroic)。多鐵性(multiferroics)(包括 type-I 和 type-II multiferroic)是指材料中包含相互耦合的兩種及兩種以上的鐵性性能。多鐵性材料可以通過其中一種鐵性改變來操控另一種鐵性,如通過電場控制磁化或者通過磁場控制電極化。變鐵性(alterferroicity)是指材料磁性與電極性可以相互變換,變鐵性材料中極性和磁性分別處於同種材料的不同相中。由布里淵區中心晶格振動模導致的結構相變稱為鐵畸變性(ferrodistortive)相變,由布里淵區中心以外某處模的軟化導致的結構相變稱為反畸變性(antidistortive)或反鐵畸變性(antiferrodistortive)相變。鐵電相變是鐵畸變性相變的一種,它是布里淵區中心光學橫模的軟化產生自發極化的鐵畸變性相變,鐵性相變是改變點群的相變。鐵性體是這樣的晶體,它具有兩個或多個取向態或疇態(orientation state,domain),在某種或某些外力驅動下,各個取向態可以相互轉換。標誌取向態的張量性質和實現取向態轉換的驅動力決定了鐵性體的種類。鐵電體、鐵彈體和鐵磁體三種鐵性體中,標誌取向態的張量性質分別為自發極化、自發應變和自發磁化,實現取向態轉換的驅動力分別為電場、應力和磁場.在這些鐵性體中,標誌取向態的是對驅動力有響應的最低階張量,故稱為初級鐵性體(primary ferroics)。如果標誌取向態的張量性質是對驅動力有響應的次低階張量,即需要驅動力的二次方才能實現取向態轉換,這些鐵性體就稱為次級鐵性體(secondary ferroics),次級鐵性體有鐵雙電體(Ferrobielectrics)、鐵雙磁體(Ferrobimagnetics)、鐵雙彈體(Ferrobielastics)、鐵彈電體(ferroelastoelectrics)、鐵磁電體(ferromagnetoelectrics)、鐵彈磁體(ferroelastomagnetics)
    • 鐵磁性(Ferromagnetic)反鐵磁性(Antiferromagnetic):表現出打破時間反演對稱性的自發磁化。一個物質的晶胞中所有的磁性離子均指向它的磁性方向時才被稱為是鐵磁性的。若其不同磁性離子所指的方向相反,其效果能夠相互抵消則被稱為反鐵磁性。若不同磁性離子所指的方向相反,但是有強弱之分,其產生的效果不能全部抵消,則稱為亞鐵磁性。基本上鐵磁性這個概念包括任何在沒有外部磁場時顯示磁性的物質。若鐵磁體沿某一軸或方向最容易被磁化則稱為磁易軸(magnetic easy axis)或磁易方向,反之則謂磁難軸(magnetic hard axis)或磁難方向,軸向在易軸與難軸間便是磁中間軸(magnetic intermediate axis)。
    • 鐵電性(Ferroelectric)反鐵電性(Antiferroelectric):表現出打破空間反演對稱性的自發電荷極化。在一些電介質晶體中,晶胞的結構使正負電荷中心不重合而出現電偶極矩,產生不等於零的電極化強度,使晶體具有自發極化,且電偶極矩方向可以因外電場而改變,呈現出類似於鐵磁體的特點,這種晶體的叫鐵電體。鐵電材料內部的電偶極子與材料的晶格密切相關,材料晶格的變化將導致材料自發極化的變化。改變晶格的兩個因素是力和溫度。外加的機械應力可以產生表面電荷的性質稱作壓電性,溫度的變化導致自發極化的變化的性質稱作焦電性。有一類物體在轉變溫度以下,鄰近的晶胞彼此沿反平行方向自發極化,可觀察到雙電滯回線,這種性質稱為反鐵電性。在歐洲(如法國、德國)常稱鐵電性為薛格涅特電性(Seignett-electricity)羅息爾電性(Roche11-electricity)。因為歷史鐵電現象是首先於1920年在羅息鹽中發現的。一維型鐵電體,極性反轉時其每一個原子的位移平行於極軸。二維型鐵電體,極性反轉時各原子的位移處於包含極軸的平面內。三維型鐵電體,極性反轉時在所有三維方向具有大小相近的位移。
    • 鐵彈性(Ferroelastic)反鐵彈性(Antiferroelastic):保持兩種對稱性的自發應變。應變S對應於外力σ的變化有滯後現象,應力與應變呈非線性關係,自發應變方向可因外力場而反向,表徵鐵彈性的力滯回線,類似於鐵電體的電滯回線,這種晶體的叫鐵彈體。與順彈體(paraelastic)相對。鐵彈疇(ferroelastic domain)、非正規鐵彈體(improper ferroelastics)
    • 鐵渦性(Ferrotoroidic)反鐵渦性(Antiferrotoroidic):鐵磁旋性,表現出同時打破兩種對稱性的鐵渦矩的自發排列。材料中的磁矩按頭尾相連的形式凍結下來形成微小的渦旋,這種渦旋可以是順時針的或逆時針的,並可通過改變電場和磁場的特定組合來改變渦旋的方向。無論是磁系統還是電偶極矩系統都可能形成渦旋結構,渦旋的手性可用來表徵信息記錄的位,相應地把這種晶體的稱之為鐵渦體。
    • 鐵谷性(Ferrovalley)反鐵谷性(Antiferrovalley):能谷一般指布洛赫電子能帶的極值點處。如果材料中存在一系列具有穩定能態的能谷,原則上這些能谷就可以作為新型的自由度用於實現信息編碼和數據操作。在谷電子學材料中應該存在一類具有自發谷極化的材料,而類比於傳統電子學中具有自發電偶極矩的鐵電體和自旋電子學中具有自發自旋極化的鐵磁體,可被稱之為鐵谷體。
      • 鐵電谷性(Ferroelectrovalley):解決自旋方向反轉問題,用可行的鐵電(FE)反轉谷指數,利用對稱性參數和緊束縛模型,揭示了C2z旋轉能夠代替時間反演來操作二維多鐵性kagome晶格中的谷指數,這使得鐵電工程谷指數成為可能,從而產生了鐵電谷的概念。
      • 鐵磁谷性(Ferromagneticvalley):自發谷極化的存在使得鐵谷材料兩個不等價的谷處具有不同的光學帶隙,對應旋光吸收的光子峰值能量是可分辨的。兩套谷具有方向相反且大小不等的貝里曲率。使得鐵谷體存在可測量的霍爾電壓,稱之為反常谷霍爾效應。基於該效應可以設計電讀磁寫的鐵谷體信息存儲器件。
    • 多鐵性(multiferroics)體系:傳統的多鐵材料分為三型:Type-I型多鐵材料中磁性和鐵電性由獨立機制產生,磁電耦合較弱;Type-II型多鐵材料中鐵電性直接來源於特定的磁性序,耦合較強,Type-III型多鐵材料,通過利用交替磁性材料的獨特對稱性來實現自旋-鐵電鎖定。單相I型多鐵性 Single-Phase Type-I Multiferroics、共線II型多鐵性 collinear type II multiferroics、螺旋自旋序驅動II型多鐵性 spiral spin orderings driven type-II multiferroics、交替磁性-鐵電III型多鐵性 Altermagnetic-Ferroelectric III Multiferroics、反鐵電交錯磁體 Antiferroelectric Altermagnet,AFEAM、本徵單層多鐵性 Intrinsic single-layer multiferroics、二維鐵磁-鐵電多鐵性 Two-dimensional ferromagnetic-ferroelectric multiferroics、扭曲多鐵性 Twisted multiferroics、羅馬曲面拓撲多鐵性 Roman-surface topological multiferroicity、孤對活性多鐵性 lone-pair-active multiferroics、孤對電子多鐵性 Lone-Pair Electron Multiferroic、單相孤對多鐵性 Single-Phase Lone-Pair Multiferroic、自旋驅動多鐵性 Spin-driven multiferroic、自旋誘導多鐵性 Spin-Induced Multiferroic、自旋受阻多鐵性 Spin Frustrated Multiferroics、自旋螺旋多鐵性 Spin-spiral multiferroics、強自旋電荷耦合多鐵性 strongly spin-charge coupled multiferroic、動力學多鐵性 Dynamical multiferroicity、自旋動力學複合多鐵性材料 Spin dynamics composite multiferroics、雙葉黎曼表面拓撲逆磁電 Double-leaf Riemann surface topological converse magnetoelectricity
  • 阻挫系統(Frustration):如果近鄰作用無法同時滿足能量極小,就會出現幾何阻挫。在三角形面或正四面體為單元的晶格上的反鐵巧自旋模型通常巧會存在相互作用之間的競爭關係。由於在每個三角形或四面體單元中,總是不能同時滿足所有邊上的反鐵磁相互作用條件(即相鄰兩個自旋的朝向相反).不同最近鄰邊上的反鐵巧相互作用的競爭會導致系統中存在大量能量相近的低溫構型,這種現象被稱為幾何阻挫。阻挫在量子磁體中扮演着至關重要的角色,它是指磁性系統中磁交換相互作用由於相互競爭而無法同時滿足經典最低能量的情況。阻挫導致系統中出現強烈的量子漲落,從而演生出各種新型量子自旋態和新穎自旋激發。例如,阻挫引起的量子漲落可以抑制磁性序的形成,導致出現磁無序相,如量子自旋液體。另一方面,量子漲落也可能會在多個簡併的經典基態中選擇一個特定的磁有序態,即所謂的「無序導致有序」機制。鋸齒狀晶格 sawtooth-like lattice、短晶格 Stub lattice、菱形鏈狀晶格 diamond chain lattice、棋盤晶格 Checkerboard Lattice、三角晶格triangular lattice、平方(四方)晶格 square lattic、星形晶格 Star lattice、方圓形晶格 Squircle lattice、六角晶格 hexagonal lattice、蜂窩晶格 honeycomb lattice、蜂窩-籠目雜化晶格 honeycomb-kagome hybrid lattice、莫爾蜂窩晶格 Moiré honeycomb lattice、凱庫勒畸變蜂窩晶格 Kekulé-distorted honeycomb lattice、三葉草晶格 Cloverleaf Lattice、紅寶石晶格 Ruby lattice、骰子晶格 Dice lattice (T₃ lattice)、霍爾丹蜂窩晶格 Haldane honeycomb lattice、基塔耶夫蜂窩晶格 Kitaev honeycomb lattice、基塔耶夫超蜂窩晶格 Kitaev hyperhoneycomb lattice、基塔耶夫超八邊形晶格 Kitaev hyperoctagon lattice、籠目晶格 Kagome lattice、莫爾晶格 Moiré lattice、利布晶格 Lieb lattice、柴晶格 Shiba lattice、克魯茨晶格 Creutz lattice、沙斯特里-薩瑟蘭晶格 Shastry-Sutherland lattice、聯苯型晶格 Biphenylene Network、雙曲晶格 Hyperbolic lattice、超級蜂窩晶格 super-honeycomb lattice、三維准莫爾晶體 three-dimensional quasi-moiré crystals、燒綠石晶格 pyrochlore lattice、八角形鑽石晶格 octagonal-diamond lattice、自旋冰晶格 Spin Ice Lattice、拉夫斯晶格 Laves lattice、鈣鈦礦晶格 Perovskite lattice、螺旋晶格 Helical Lattice、螺旋超晶格 spiral superlattice、斐波那契鏈 Fibonacci chain、彭羅斯拼圖 Penrose tiling(五重准晶)、阿曼-賓克拼圖 Ammann-Beenker tiling(八邊形准晶)、蔡型准晶體 Tsai-type quasicrystal(二十面體)、十邊形准晶 Decagonal Quasicrystal、十二邊形准晶 Dodecagonal Quasicrystal、十二重莫爾准晶 12-Fold Moiré QuasiCrystal、二十面體准晶 Icosahedral Quasicrystal、謝爾平斯基晶格 Sierpiński lattice(分形)、科赫分形晶格 Koch Fractal Lattice、霍夫施塔特晶格 Hofstadter lattice(分形能帶)、韋爾-費倫晶格 Weaire-Phelan lattice(泡沫最優結構)、范德華異質結 van der Waals Heterostructures
  • 布里淵扁形宇宙(Brillouin platycosms):布洛赫粒子宇宙 Bloch particles universe,扁形宇宙 platycosms(十個閉合的平坦三維流形 ten closed flat 3D manifolds)被推測為有限宇宙的潛在形狀,所有十個扁形宇宙都可以在更廣泛的射影晶體對稱性框架中作為動量空間單位出現。第零個扁形宇宙 zeroth platycosm(三維布里淵環面 3D Brillouin torus,在三個方向上都具有周期性邊界條件的立方體)。其他九個扁形宇宙具有更為複雜的拓撲結構。其中四個是不可定向的,類似於莫比烏斯帶和克萊因瓶,因為沿某個方向平移會導致鏡面反射。它們都具有有限階的非平凡一維循環。二元對稱結構中的所有基本一維循環都是四重的,即沿任何循環行進四次必然導致一個可收縮循環。投影性可以導致動量空間非同態對稱性,例如滑移反射和螺旋旋轉,其中鏡面反射和旋轉與分數階互易晶格平移相結合。非同態對稱性與同態對稱性的本質區別在於,它移動了所有點,因此被稱為自由對稱性。自由對稱性可以進一步將布里淵環面簡化為其他扁平宇宙。在二維空間中,滑移反射已被證明可以將二維環面簡化為克萊因瓶,並啟發了對布里淵克萊因瓶拓撲相的廣泛研究。十個扁形宇宙:0,立方環宇宙(Cubical torocosm),三維環面(3D torus),立方周期邊界下的標準平坦流形,拓撲不變量,作為三維環面,其拓撲分類由三個獨立的陳數構成,對應三個正交方向)的二維子流形上的貝里曲率積分。1,第一雙環宇宙(First amphicosm),非定向流形,平移伴隨反射對稱性,拓撲類似莫比烏斯帶的高維推廣,拓撲不變量,:由滑移反射對稱性(glide reflection)保護的二值不變量,反映非定向流形的拓撲性質,:沿某一方向(如 )的陳數,對應動量空間中保留的定向子流形。2,第二雙環宇宙(Second amphicosm),非定向流形,基中心晶格結構,具有交錯反射對稱性,拓撲不變量,僅含一個陳數,因基中心晶格結構(base-centered lattice)的對稱性限制了其他方向的不變量。3,第一雙對環宇宙(First amphidicosm),非定向流形,正交晶格下雙反射對稱性的複雜組合,拓撲不變量,包含兩個獨立的不變量,分別對應正交方向上的滑移反射對稱性(如 方向),反映雙重非平凡邊界條件。4,第二雙對環宇宙(Second amphidicosm),非定向流形,含四分之一平移的鏡面對稱性,拓撲更複雜,拓撲不變量,四階不變量,由四分之一平移滑移反射對稱性導致,拓撲電荷需滿足模4條件。5,雙環宇宙(Dicosm),定向流形,二重螺旋對稱性,平移伴隨180度旋轉,拓撲不變量,,兩個二值不變量,對應雙重螺旋對稱性(二重旋轉伴隨半平移),,沿螺旋軸方向的陳數。6,三環宇宙(Tricosm),定向流形,三重螺旋對稱性,1/3平移伴隨120度旋轉,拓撲不變量,,三重螺旋對稱性導致的三階不變量, ,沿螺旋軸方向的陳數。7,四環宇宙(Tetracosm),定向流形,四重螺旋對稱性,1/4平移伴隨90度旋轉,拓撲不變量,,四重螺旋對稱性的二值不變量,,沿螺旋軸方向的陳數。8,六環宇宙(Hexacosm),定向流形,六重螺旋對稱性,1/6平移伴隨60度旋轉,拓撲不變量,僅含一個陳數,六重螺旋對稱性的強對稱約束消除了其他不變量。9,雙對環宇宙(Didicosm),定向流形,三重正交螺旋對稱性, 各方向平移伴隨半周期反射,拓撲不變量,包含兩個獨立的四階不變量,對應三重正交螺旋對稱性,反映高度非平凡邊界條件。((整數),通常對應陳數,表徵能帶在二維子流形上的拓撲纏繞。(模n),由離散對稱性(如滑移反射、螺旋旋轉)保護的拓撲不變量,反映非定向流形或分數平移對稱性下的受限拓撲響應。組合不變量(如),表明系統同時存在連續對稱性保護的陳數和離散對稱性保護的二值不變量。)布洛赫帶理論和布里淵區表徵了周期性介質中的類波行為,二維布里淵區(可定向布里淵雙環,wo-dimensional Brillouin zone ,orientable Brillouin two-torus)、不可定向布里淵克萊因瓶(non-orientable Brillouin Klein bottle)、三維布里淵區(可定向布里淵三環,three-dimensional Brillouin zone ,orientable Brillouin three-torus)的拓撲可以簡化為:不可定向的布里淵克萊因空間(non-orientable Brillouin Klein space)、可定向布里淵半圈空間(orientable Brillouin half-turn space)。
  • 拓撲表面態(Topological surface state):肖克利表面態 Shockley surface state、塔姆表面態 Tamm surface state、塞弗特表面態 Seifert surface state、玻戈留玻夫費米表面態 Bogoliubov Fermi surface state、一階二維表面態、二階一維鉸鏈態、三階零維角態、一維手性鉸鏈態 1D chiral hinge state、贗鉸鏈態 pseudo-hinge state、拓撲角態 Topological corner state(Type-I型角態、Type-II型角態、Type-III型型角態)、螺旋角態 Helical corner state、偶極角態 dipole corner state、四極角態 quadrupole corner state、八極角態 Octupole corner state、平方根角態 Square-Root corner state、磁振子角態 Magnon corner state、軌道角態 orbital corner state、簡併局域角態 degenerate localized corner state、高階端態 higher-order end state、拓撲棱態 Topological hinge state、拓撲界面態 topological interface state、拓撲邊緣態 topological edge state、拓撲谷霍爾邊緣態 topological valley Hall edge state、塞弗特邊界態 Seifert boundary state、泰穆-肖克利邊緣態 Tamm-Shockley edge state、螺旋邊緣態 Helical edge state、反螺旋邊緣態 Antihelical edge state、谷霍爾邊緣態 valley Hall edge state、帶隙邊緣態 gapped edge state、手性螺旋金屬態 chiral helical metallic state、手性馬約拉納表面模 chiral Majorana surface modes、表面馬約拉納弧態 surface Majorana arcs state、高階馬約拉納弧態 higher-order Majorana-arc state、環形馬約拉納態 annular Majorana state、i型費米弧 Type-I Fermi arcs、ii型費米弧 Type-II Fermi arcs、螺旋三聚體費米弧 helix-trimer Fermi arcs、拓撲費米弦 topological Fermi strings、節點線弧 nodal line-arc、磁振子弧 magnon arcs、非厄米費米弧 NH Fermi arcs、費米-布拉格弧 Fermi-Bragg arcs、費米弧表面態 Fermi arc surface state、環形費米面 torus-shaped Fermi surface、球形費米面 spherical Fermi surface、螺旋度費米面 helicity Fermi surface、環面結費米面 Torus-knot Fermi surface、開弦費米面 Open-string Fermi surface、閉環電子狀費米表面 closed-ring electron-like Fermi surfaces、閉環空穴狀費米表面 closed-ring hole-like Fermi surfaces、類費米弧表面態 Fermi-arc-like surface states、鉸鏈費米弧表面態 hinge Fermi arc surface state、高階鉸鏈費米弧態 higher-order hinge Fermi-arc state、自旋子費米表面 spinon Fermi surfaces、螺旋弧表面態 helicoid arc surface state、狄拉克表面態 Dirac surface state、節點線表面態 nodal-line surface state、手性表面態 chiral surface state、反手性表面態 antichiral surface state、螺旋表面態 helicoid surface state、雙螺旋形表面態 double-helicoid surface state、四螺旋形表面態 quadruple-helicoid surface state、六重螺旋面態 sextuple-helicoid surface state、鼓膜表面態 drumhead surface state、環面表面態 toruslike surface state、帶狀表面態 ribbonlike surface state (SSs)、雙碗表面態 Double-bowl surface state、水滑道表面狀態 waterslide surface state、多重風扇形表面態 Multi-Fold Fan-Shape Surface State、非均勻風扇型表面態 Inhomogeneous fan-shaped surface state、阻塞表面態 obstructed surface state(漂浮表面態 floating surface state,fSSs)、分形表面態 Fractal Surface state、莫比烏斯表面態 Möbius surface state、莫比烏斯扭曲連接表面態 Möbius-twisted connectivity surface state、拓撲羅馬面態 topological Roman surface state、拓撲雙葉黎曼表面態 topological Double-leaf Riemann surface state、非歐幾里德表面態 non-Euclidean surface state、近平坦表面態 nearly flat surface state、自旋極化表面態 spin polarized surface state、拓撲軸子表面態 topological axion surface state、自準直拓撲表面態 self-collimated topological surface state、釘扎手性表面態 pinned chiral surface state、拓撲扭結態 topological kink state、雙帶谷霍爾拓撲扭結態 dual-band valley-Hall topological kink state、陳費米口袋 Chern Fermi pockets、玻色面 Bose surface(動量空間中無間隙玻色子激發的球面)
  • 拓撲節點(Topological nodal):節點線(nodal lines)當兩個能帶在動量空間中的一條線上相互接觸時,可以發現一維簡併(N維空間中的共維N-1)。節點線可以根據其形狀和其他節點線之間的連接性進行分類。單個外爾點 A single Weyl point單對外爾點 single pair Weyl points (SP‐WPs)外爾點 Weyl pointsi型外爾點 Type-I Weyl Pointsii型外爾點 Type-II Weyl Points克拉默-外爾點 Kramers-Weyl points磁振子外爾點 Magnon Weyl Points外爾偶極子 Weyl dipole外爾環 Weyl rings狄拉克點 Dirac points單極電荷狄拉克點 monopole charge Dirac points自旋軌道狄拉克點 Spin-orbital Dirac points二次非狄拉克帶色散簡併能量點 quadratic non-Dirac band dispersions玻戈留玻夫-德熱納狄拉克點 Bogoliubov-de Gennes (BdG) Dirac point體玻戈留玻夫-外爾節點 bulk Bogoliubov-Weyl nodes、、節點庫珀對 nodal Cooper pairing體四重(雙重)節點 bulk fourfold (twofold) nodal points二次型接觸點 quadratic band crossing point, QBCP三重簡併點 Threefold Degenerate points、三節點 triple nodal point、近三節點 Nearly triple nodal point拋物線帶簡併點 parabolic band-degeneracy point克拉默-外爾節點 Kramers-Weyl node四重無自旋外爾節點 quadruplet spinless Weyl node單節點線 Single nodal lines(節點線可以呈環狀,形成節點環或結,如果不切割或交叉這些結,就無法將其轉化為節點環)、節點線 Nodal line直節線 Straight nodal line二次節線 quadratic Nodal line節點線 Nodal line節點點-線 Nodal Point-Line節點曲線 nodal curve螺旋節點線 helical nodal line節點單環 Monoloop(具有最乾淨的單環場景,被認為是鏈、網和結等複雜鏈接環的基本構建塊)、節點圈 nodal loop(Type-I nodal loops)、圈穿越布里淵區 loop traversing the BZ(不可收縮環、Type-II nodal loops)、交叉節點圈 crossing nodal loop環節點 loop-nodal外爾圈 Weyl loops鏈環圈 linked-loop非阿貝爾節點圈 non-Abelian node-loop節點環 Nodal ring(3D Weyl nodal ring、4D Weyl nodal ring)(有接觸)、節點兩環 nodal two ring節點三環 nodal three ring兩節點環 two nodal ring四連接節點環 four linked nodal ring孤立環 isolated ring混合節點環 hybrid nodal ring外爾特殊環 Weyl-exceptional-ring三葉結 Trefoil knot雙三葉結 double trefoil knot五葉結 cinquefoil knot8字形結 figure 8-knot雙節點線 Double nodal lines(節點鏈/鏈環的每個環可以由相同或不同的一對帶形成。特別是如果節點鏈的兩個環起源於三帶系統中的不同帶組,則三個帶在節點環接觸的單個點相交。這被稱為三相點 triple point)、節點鏈 Nodal chain(有接觸的情況下兩個環相互交叉)、內節點鏈 Inner nodal chain外節點鏈 outer nodal chain節線鏈環 Nodal link(沒有接觸的情況下兩個環相互交叉)、雙螺旋節點鏈環 double-helix nodal link所羅門結 Solomon's knot霍普夫鏈環 Hopf-link雙螺旋節點線 Double Helix Nodal Line(螺旋 Helices)、無限重複節點環 Infinitely repeating nodal rings(由於動量空間的周期性,多個節點環可以形成一個無限的節點鏈或鏈環。它們也可以形成二維或三維無限鏈或鏈環)、無限節點鏈 Infinite nodal chain無限節線鏈環 Infinite nodal link多節點環 Multiple nodal rings耳環節點鏈環 Earring nodal link雙螺旋節點鏈環 double-helix nodal link雙霍普夫鏈環 Double Hopf link混合節點鏈環 Mixed nodal link鏈接節點環和節點鏈 Linked nodal ring and chain節點線和節點環 Nodal lines and rings節點線和環:非接觸 Nodal lines and ring: non-touching節點線和環:接觸 Nodal lines and ring: touching節點線和鏈:非接觸 Nodal lines and chain: non-touching節點線和鏈:接觸 Nodal link and lines: touching鏈接節點環、鏈和線 Linked nodal ring, chain, and lines實節點線 Real Nodal Line單極節點線 Monopole Nodal Line四度簡併節點網 four-fold nodal net四重節點鉸鏈 fourfold nodal hinge一維手性鉸鏈模 1D chiral hinge modes洪特節線 Hund nodal line沙漏節點線 hourglass nodal line沙漏節點環 hourglass nodal loop沙漏狀節點鏈 hourglass-like nodal chain沙漏狀節點網 Hourglass-like Nodal Net沙漏狄拉克鏈 Hourglass Dirac chain沙漏外爾鏈 Hourglass Weyl chain沙漏狄拉克圈 Hourglass Dirac loop沙漏外爾圈 Hourglass Weyl loop雙節點線 twofold nodal lines雙節點壁 twofold nodal walls雙沙漏形節點線 twofold hourglass-shaped nodal lines克萊默節點線 Kramers nodal line複合拓撲節點線 composite topological nodal lines類楊桃節點圈 nodal loops starfruit-like(五重對稱性特徵)、多帶非阿貝爾交叉 multiband non-Abelian crossings共面節線鏈 in-plane nodal chain泛化四元數拓撲荷保護節點鏈 generalized quaternion charge protected nodal link多環節點線 Multi-loop node lineI型節點線 type-I nodal-lines(能帶交叉全部為type-I色散)、混合型節點線 hybrid nodal-lines(能帶交叉同時包含type-I和type-II色散)、閉合型節點線 closed nodal-lines開放型節點線 open nodal-lines)、帶簡併的類型可分為偶然簡併accidental degeneracy 和必然簡併 essential degeneracy、必然簡併節點線 essentially degenerate nodal lines (NLs)隱藏必然節點線 hidden-essential nodal line (HENL)(系統具有水平滑動鏡對稱性)、反交叉節點環和點 anticrossing nodal rings or points二次色散節線 quadratic Nodal line三次色散節線 cubic nodal line環面體節點線 hosohedral nodal line節線結 Nodal knot節點網 Nodal Net節線網 Nodal Net立方型節線網 nodal hexahedron net節點面 nodal surface(常規 Conventional nodal surface、非常規 Unconventional nodal surface、I類節點面 class-I nodal surface、II類節點面 class-II nodal surface)、混合節面和節線 hybrid nodal surface and nodal line (NS+NL)、混合節面和外爾節線 hybrid 1 nodal surface and Weyl nodal line (1NS+WNL)、混合節面和外爾節網 hybrid 1 nodal surface and Weyl nodal net (1NS+WNN)、混合2節面和外爾節線 hybrid 2 nodal surface and Weyl nodal net (2NS+WNN)、混合2節面和二次節線 hybrid 2 nodal surface and quadratic nodal line (2NS+QNL)、混合2節面和混合節網 hybrid 2 nodal surface and hybrid nodal net (2NS+HNN)、橢球節點面 ellipsoidal nodal surface2D對稱強制節點面 2D symmetry nodal surface節點壁 Nodal Wall節點盒 nodal-box節點盒 nodal boxe節點籠 Nodal Cage節點鳥籠 Nodal Birdcage節點渾天儀 Nodal armillary sphere鳥籠狀節點 bird-cage-like node雙自旋節點盒 Dual spin nodal box完全自旋極化節點盒 fully spin-polarized nodal boxes蝴蝶狀節點線 butterflylike nodal line高維的狄拉克節點球(Dirac-Nodal-Sphere)或偽狄拉克節點球(Pseudo Dirac-Nodal-Sphere)(狀態帶交叉在費米能級形成2D閉合或近似球體)、節點柔性表面 Nodal Flexible-surface節點平面 nodal flat-surface節點球面 nodal sphere節點管 nodal tube節點橫杆 nodal crossbar節點沙漏狀表面 nodal hourglass-like surface
  • 拓撲奇異點(topological exceptional point):包括異常點、異常線、異常環等,非厄米系統存在異常點(Exceptional Points, EP)和連續域束縛態(Bound state in the Continuum, BIC)兩類關鍵的奇異點,具有獨特的拓撲特性與應用潛力。實空間的圓偏振奇點與參數空間非厄米奇異點具有極為相似的拓撲性質並滿足相同的拓撲分類。三維空間中電場或磁場由具有任意三維朝向的偏振橢圓描述,而偏振橢圓的分布可以形成攜帶分數或整數拓撲指數的拓撲缺陷,包括圓偏振奇點(C point)、線偏振奇點 (L point)以及零場奇點(V point)。這些拓撲奇點廣泛存在於各種光學系統的光場中,與幾何相位、連續譜束縛態以及非厄米奇異點之間存在密切的聯繫。奇點在空間中延伸形成奇點線(包括C line、L line和V line),而奇點線的演化可以形成各種複雜的拓撲構型,這些偏振奇點和奇點線為調控光場的偏振和相位提供了豐富的自由度。通過控制結構的拓撲性和對稱性,可以產生高階偏振奇點,偏振奇點線節 (nexus of singularity lines)和偏振莫比烏斯環。非厄米系統存在奇異線 Exceptional lines、奇異弧 Exceptional arcs、奇異環 Exceptional rings、奇異曲面 Exceptional surfaces、高階奇異點 higher-order exceptional point、二階奇異點 order-2 exceptional point、三階奇異點 order-3 exceptional point、二階奇異點 Second-Order Singularities、黎曼曲面 Riemann surfaces、霍夫施塔特蝴蝶能譜 Hofstadter butterfly energy spectrum、I型螺旋弧范霍夫奇點 type I helicoid arc van Hove singularities、II型螺旋弧范霍夫奇點 type II helicoid arc van Hove singularities、二重旋轉拓撲高階范霍夫奇點 two-rotational Topological High-Order Van Hove Singularities() 、三重旋轉拓撲高階范霍夫奇點 three-rotational Topological High-Order Van Hove Singularities()、六重旋轉拓撲高階范霍夫奇點 six-fold rotational Topological High-Order Van Hove Singularities()、磁布洛赫點 Magnetic Bloch points(拓撲刺蝟奇點 topological hedgehog singularities)。無隙超流質心動量零點 gapless superfluid center-of-mass momentum zeros(雙簡併球體 doubly-degenerate spheres、球體 spheres、凹球體 concave spheroids、雙退化圓 doubly-degenerate circles)
  • 拓撲缺陷(topological defect):拓撲點缺陷 topological point defects、拓撲線缺陷 topological line defects、拓撲旋錯 Topological disclination、拓撲位錯 Topological dislocations、賈基夫-雷比拓撲渦旋 Jackiw–Rossi topological vortex、e/6為單位量的e/4分數電荷拓撲旋錯 e/4 fractional chargeand Topological disclination、e/6分數電荷拓撲旋錯 e/6 fractional chargeand Topological disclination、疇壁拓撲缺陷 domain walls Topological disclination、分形拓撲缺陷 fractal Topological disclination、三維螺旋位錯 three dimensions screw dislocation、軌道拓撲旋錯態 -orbital topological disclination state、零維高階端位錯態 zero-dimensional Higher-order end dislocation state、一階零維缺陷態 first-order 0D defect state、一階零維位錯態 First-order 0D dislocation state、五維點缺陷 five-dimensional point defects、四維點缺陷 four-dimensional point defects、螺旋位錯超扭曲 screw-dislocation supertwisted spirals、贗自旋極化拓撲線缺陷 Pseudospin-Polarized Topological Line Defects、非厄米位錯束縛態 Non-Hermitian dislocation bound state
  • 拓撲不變量(topological invariants):陳數 Chern number ()、第二陳數 Second Chern number、實陳數 real Chern number、谷陳數 Valley Chern number ()、鏡面陳數 mirror Chern number ()、自旋陳數 spin Chern number ()、交錯陳數 staggered Chern number ()、多體陳數 many-body Chern number(分數陳數 fractional Chern number)、歐拉教 Euler number ()、谷歐拉教 Valley Euler number ()、第一斯蒂費爾-惠特尼數 first Stiefel–Whitney number ()、第二斯蒂費爾-惠特尼數 Second Stiefel–Whitney number ()、龐特里亞金數 Pontryagin number、霍普夫數 Hopf number ()、斯格明數 skyrem number ()、半子數 meron number、拓撲纏繞數 topological winding number、拓撲螺旋度 topological magnetic helicity、博特指標 Bott index、時間反演不變量 TR-invariant ()、回輸索利斯泵(RTP)不變量 returning Thouless pump (RTP) invariants ()、傅-凱恩不變量 Fu-Kane invariant、半整數拓撲不變量 half integer topological invariants(n + 1/2)、強拓撲指標不變量 strong topological invariants ()、三弱拓撲指標不變量 three weak topological invariants ()、滑移面(沙漏)不變量 glide plane (hourglass) invariant ()、旋轉不變量 rotation invariant ()、反演不變量 inversion invariant ()、螺旋不變量 screw invariant ()、不變量 invariant ()、不變量 invariant ()、不變量 invariant (,0,1)、不變量 invariant、不變量 invariant、不變量 invariant ()、不變量 invariant、不變量 invariant、非手性非布洛赫不變量 Non-chiral non-Bloch invariants、非布洛赫不變量 non-Bloch invariants、布洛赫不變量 Bloch invariants、複合拓撲不變量 hybrid topological invariant、牆紙不變量 Wall invariants、馬約拉納散射不變量 Majorana scattering invariant、 -不變量 -invariant、時間拓撲不變量 time-topological invariant、時空拓撲不變量 space-time-topological invariant
  • 拓撲對稱性(topological symmetry)對稱性破缺(symmetry Breaking):Wigner和Dyson在1962年以及Altland和Zirnbauer在1997年提出的十重對稱性分類(Ten-fold Way)為理解不同類型的拓撲相提供了系統的方法,包含兩個基本對稱性時間反演對稱性(time-reversal symmetry,)、粒子空穴對稱性(particle-hole symmetry、電荷共扼對稱性 charge-conjugation symmetry,)以及它們的結合手性對稱性(Chiral symmetry ,子晶格對稱性 sublattice symmetry,)。CPT對稱是物理定律中一種對稱性質,有此性質的物理量在時間時間反演對稱性(time-reversal symmetry,)、電荷共扼對稱性(charge-conjugation symmetry,)及宇稱反轉對稱性(parity inversion symmetry,空間反演對稱性 space-reversal symmetry,空間反轉對稱性 Space Inversion Symmetry、空間反射對稱性 Spatial Reflection Symmetry,)一起被反向變換(即正負變號)後不變。非厄米體系中宇稱-時間對稱性(parity-time symmetry,PT對稱性,-symmetric) 有重要作用。空間反演對稱性破缺(Inversion Symmetry Breaking)、時間反演對稱性破缺(Time-Reversal Symmetry Breaking)、手性對稱性破缺(Chiral Symmetry Breaking)、反演對稱性(Reversal Symmetry,反轉對稱性 Inversion Symmetry,宇稱對稱性 Parity Symmetry,)、時空反轉對稱性 space-time inversion symmetry、平移對稱性(translational symmetry)、時間平移對稱性 time translational symmetry、空間平移對稱性 space translational symmetry、反射對稱性(Reflection Symmetry,鏡面對稱性 mirror symmetry,鏡面反射對稱性 Mirror Reflection Symmetry,)、晶體旋轉對稱性 rotational symmetry、n重旋轉對稱性 -symmetric、二重旋轉對稱性 -symmetric、三重旋轉對稱性 -symmetric、四重旋轉對稱性 -symmetric、六重旋轉對稱性 -symmetric、准晶對稱性(非常規旋轉對稱性)、五重對稱性-symmetric、七重旋轉對稱性 -symmetric、八重旋轉對稱性 eightfold rotation symmetry、非真旋轉對稱性(Improper Rotation symmetry,反射+旋轉)、反軸對稱性(Rotoinversion Symmetry,繞軸旋轉+鏡面反射)、滑移對稱性(glide symmetry,滑移反射對稱性 Glide Reflection symmetry,滑移鏡面對稱性 glide Mirror symmetry,平移+反射,)、螺旋對稱性(screw symmetry,螺旋旋轉對稱性 Screw Rotation symmetry,平移+旋轉)、兩重螺旋對稱性 two-fold screw symmetry。晶格對稱性 Lattice-Symmetry,晶格是空間中點的一種重複圖案,其中的物體可以被重複。在一維時只有1種晶格,二維時有5種,三維時有14種。通過二維圖案(10種晶體點群)當一個二維物體沿一維晶格重複時,我們可以得到7種飾帶群(frieze group),當沿三維晶格重複時,可以得到17種壁紙群(wallpaper group)。不同的三維點群沿着各種各樣的三維晶格重複組成了230種不同的空間群。三維物體沿一維或二維晶格重複,分別產生杆群(rod group)或圖層群(layer group)。晶體可分為7大晶系,14種布拉維格子,32個晶體學點群,()、()、(==)、(=)、()、()、。中心對稱性 Centrosymmetric、非中心對稱性 noncentrosymmetric、反對稱性 Antisymmetric、晶格旋轉對稱性、晶格平移對稱性、晶格滑移對稱性、晶格螺旋對稱性、晶體對稱性 Crystal Symmetry、雙有序晶體對稱性(order-two crystal symmetries,反射和雙旋轉 twofold rotation),、異常晶體對稱性 Anomalous Crystal Symmetry、非中心對稱型晶體對稱性 noncentrosymmetric crystal symmetry、聯合對稱性、n重旋轉與時間反演對稱性 symmetry、n重Z軸旋轉與時間反演對稱性 symmetry、n重X軸旋轉與時間反演對稱性 symmetry、鏡像X軸反射對稱性 symmetry、鏡像Y軸反射對稱性 symmetry、鏡像Z軸反射對稱性 symmetry、鏡像X軸反射與時間反演對稱性 symmetry、鏡像Y軸反射與時間反演對稱性 symmetry、鏡像Z軸反射與時間反演對稱性 symmetry、鏡像X軸反射半平移與時間反演對稱性 symmetry、n重旋轉反射對稱性 symmetry、n重Z軸旋轉反射對稱性 symmetry、二重旋轉與時間反演對稱性(two-fold rotation and time-reversal symmetry, symmetry)、二重Z軸旋轉與時間反演對稱性(two-fold Z rotation and time-reversal symmetry, symmetry)、四重旋轉與時間反演對稱性 -symmetric、六重旋轉與時間反演對稱性 -symmetric、六重旋轉與水平鏡面反射 -symmetric、六重旋轉與垂直鏡面反射 -symmetric、四重旋轉反射對稱性(對稱性, symmetry,)、六重旋轉反射對稱性 symmetry、四重旋轉反射與時間反演對稱性 symmetry、時空對稱性 Space-Time Symmetries、時間和空間逆對稱性 time and space inversion symmetry、同位旋對稱 isospin-symmetry、對稱性、對稱性、對稱性、投影對稱性 Projective Symmetry、循環對稱性 cyclic symmetry、空間滑動時間反轉對稱性 Sliding-Operation Time-Reversal Symmetry、動量空間滑移反射對稱性 momentum-space glide reflection symmetries、三維動量空間非對稱螺旋旋轉和滑動反射對稱性 3D momentum-space non-symmorphic screw rotation and glide reflection symmetries、動量空間非對稱對稱性 momentum-space non-symmorphic symmetry (k-NS)、軌道跳躍對稱性 orbital-hopping symmetry、三極對稱性 tripole Symmetry、五極對稱性 pentapole Symmetry

常溫有序態

[編輯]
  • 固態(Solid):具有一定形狀和體積,自身內部的分子運動不劇烈,分子排列緊密。
    • 結晶固體(Crystalline solid):組成的固體原子,分子或離子,有一個有序,重複的模式。
    • 同質異晶物(Crystal polymorphism):同質異形體,由化學組成相同的物質,在不同的物理化學條件下形成的不同結構的晶體。同質異形體由於結構不同會表現出不同的物理化學性質。在朗道理論中,同質異晶物的不同結構相被認為是不同的物質狀態。例如:冰分子可依溫度和壓力,表現出19種不同的形態(分子堆疊形狀)。
    • 半晶態(part-crystalline,Semicrystalline):複雜體系中由於化學鍵的複雜性,隨着外場條件發生變化,材料體系表現為部分晶態-部分無序(part-crystalline part-amorphous)和部分晶態-部分液體(part-crystalline part-liquid)的特殊狀態,材料宏觀上表現為固體狀態,但由於物質內部部分原子的劇烈無序和局部流動特性,經典固體理論中的基於小參數(small parameter)近似的聲子輸運理論不再適用,處於這樣狀態的物質普遍表現出反常的熱輸運行為和極低晶格熱導率等。
    • 分子固體(Molecular solid):物質內部由范德華力(又稱分子間作用力)將分子結合起來的固體物質。
    • 緻密固態氫(Dense solid hydrogen):高壓下呈固態的氫。
    • 低維固體(Two-dimensional Solid):某些固體表現出明顯的一維或二維特徵。其中包括:具有鏈狀結構或層狀結構的三維固體;表面或界面層;表面上的吸附層;薄膜和金屬細絲等。由於在鏈之間或層之間仍存在着一些耦合,實際這些體系是准一維或准二維的。
      • 一維固體(Two-dimensional Solid):具有一維特徵的固體材料,其結構和性質主要沿一個方向延伸,而其他兩個方向則受到限制或幾乎不存在。一維固體通常具有鏈狀結構,在物理和化學性質上表現出顯著的各向異性,即它們的性質在不同方向上有所不同。
      • 二維固體(Two-dimensional Solid):二維固體在平面內的物理性質(如電導率、熱導率等)與垂直於平面的性質不同,表現出明顯的各向異性。如果二維液體的密度增加,則旋轉自由度將凍結,並成為二維固體。
      • 一維有序晶體(one-dimensional long-range crystal): 固體新結構一維有序結構(one-dimensional long-range order),該結構僅在一個方向上保留了晶體的平移對稱性和周期性,在其他方向上其原子呈現無序排列,形成了具有一維平移周期性的長程有序結構。構成一維有序晶體的結構單元的原子排列與重位點陣傾轉晶界的結構單元非常類似。2018年由中科院研究團隊在MgO和Nd2O3薄膜材料中發現。超導准一維晶體 Superconducting Quasi-One-Dimensional Crystal(長程有序非晶原子鏈 Long-Range Ordered Amorphous Atomic Chains)
      • 一維有序-二維無序晶格(1D order–2D disorder lattice): 其原子排列呈現長程有序狀態,卻同時展現出非晶(面內)和晶體(面外)的熱傳導特性。軌道與晶格之間的耦合效應是高對稱結構發生自發對稱破缺的原因。
      • 二維晶體(two-dimensional Crystal):是一種由原子組成的平面薄膜,只有一個原子厚度的二維材料,比如石墨烯以及新近發現的鍺烯(germanene)。
      • 一維金屬(one-dimensional metal):沿單個軸表現出金屬導電性,如鏈或線,但在垂直方向上缺乏這種導電性。准一維金屬 quasi-one-dimensional metal
      • 二維金屬(two-dimensional metal):厚度被壓縮至原子極限尺寸(約0.1納米)的金屬材料,僅保留長度和寬度維度,幾乎無體積。
  • 非周期晶體(aperiodic crystal)非周期調製結構(aperiodic modulated structure):結構表現出非周期性或非重複模式。
    • 准晶態(Quasicrystaline):亦稱為擬晶(mimetic crystal),是一種介於晶體和非晶體之間的固體。在准晶的原子排列中,其結構是長程有序的,又不具有晶體所應有的平移對稱性,可以具有晶體所不允許的宏觀對稱性。
    • 准晶相關馬賽克(Quasicrystal-related mosaics):由周期排列的結構塊之間鑲嵌非周期結構塊而形成。該物態由准晶相關的結構塊組成,但其中一種取向的結構塊呈周期排列,具有與晶體材料一樣的平移單胞。而這些周期排的列結構塊之間卻鑲嵌着一些非周期排列的結構塊。這些基本的結構塊均存在於對應的十次准晶體中,且整個結構的傅里葉變換圖上的強衍射斑點呈現明顯的十次對稱,說明其結構與十次准晶體的結構密切相關,其生成過程與准晶體及其近似相特有的相位子缺陷密切相關。
    • 不相稱調製結構(incommensurate modulated structure):非公度調製結構,三維周期性晶格結構因空間變化或調製而扭曲。不具有三維(3D)晶格周期性,但在高維(3+n)維空間中表現出平移對稱性。
    • 主客體結構(host-guest structure):非周期性客體分子嵌入周期性主體。一維主客體鏈 One-Dimensional Host-Guest chain、一維納米管主-客結構 one-dimensional nanotubular host–guest structure、一維複合主客體結構 One-dimensional composite host–guest structure、複合非公度主客體結構 complex composite incommensurate host-guest structure
    • 順晶固體(procrystalline solids):低對稱構造單元和高對稱拓撲模板的組合導致了含有無序的非周期性原晶固體(aperiodic procrystalline solid)。在這些系統中強相關無序與分布在布里淵區的特定調製周期集有關。關聯無序冰結構 correlated disorder Ice structure
  • 液態(Liquid):可變形但不可壓縮的流體。形狀由容器體積限定,在壓力影響下,體積(幾乎)不變。在不同的壓力下表現為非剛性液體(普通液體)和剛性液體(稠密流體),在兩者之間有一個P-T很窄的相變被命名為弗蘭克爾(Frenkel)線,剛性液體很硬,以至於有些(儘管不是全部)剪切波可以穿過。
    • 非牛頓流體(Non-Newtonian fluid):部分液體摩擦應力的大小受作用力和剪應力所影響,在某一個流動情況之下便變成無定形體。除與當前的運動狀態外還與液體過去的運動狀態有關,此種液體有記憶效應。非牛頓流體可以分為純粘性非牛頓流體粘彈性非牛頓流體兩類。
    • 二維液體(Two-dimensional liquid):一組被約束在平面空間或其他二維空間中以液態移動的物體。
    • 受限液體(confined liquid):一種在納米尺度上受到幾何約束的液體,大多數分子離界面足夠近,可以感知到與標準散裝液體條件的一些差異。限制通常會防止結晶,這使得液體能夠在低於其均勻成核溫度下過冷,即使在塊狀狀態下這是不可能的。亞毫米約束下的液體(例如在剛性壁之間的間隙中)表現出近乎固體的機械響應,並具有令人驚訝的大低頻彈性剪切模量,該模量與約束長度的立方次冪成反比。
  • 氣態(Gas):可壓縮流體。形狀和體積都由容器限定。
    • 二維氣體(Two-dimensional Gas):受約束以氣態在平面或其他二維空間中移動的對象的集合。如果二維液體的密度降低,則形成二維氣體。
    • 克努森氣體(Knudsen gas):以 Martin Knudsen 的名字命名,一種密度非常低的氣體,其氣體分子在碰撞之間行進的平均距離(平均自由程)大於包含它的容器的直徑。如果平均自由程遠大於直徑,則流態主要由氣體分子與容器壁之間的碰撞主導,而不是分子間相互碰撞。
  • 單層(Monolayer):單個緊密排列的實體層,通常是原子或分子。
  • 雙層(Bilayer):緊密排列的原子或分子的雙層。
  • 三分之二層(2/3-layer):已經實現去除一個原子硫屬平面或兩個原子硫屬金屬平面的具有二維構型的分數層的層狀過渡金屬二硫化物。

常溫中間態

[編輯]
  • 介態(Mesomorphic states)/中間相(Mesophase):介於固體和液體之間的物質相態。中間相中的移動離子在方向上或旋轉上是無序的,而它們的中心位於晶體結構中的有序位點。
    • 塑性晶體(Plastic crystal):又稱為柔粘性結晶,固體分子具有長程位置順序,但保留了組成分子自由的旋轉。
    • 液晶(Liquid crystal):性質在液體和晶體之間。一般來說,能像液體一樣流動,但也表現出長程有序。液晶是失去了一定空間有序性(位置序 positional order)而保留了取向的(取向序 orientational order)的一類材料。分為三類,熱致液晶(Thermotropic liquid crystal)溶致液晶(lyotropic liquid crystal)兩性液晶。前者在結構上非球體,可再細分單軸(uniaxial), 雙軸(biaxial) 。後者是具有親水輸水性質的分子配成水溶液而實現。單軸液晶是指分子有一個軸向,也就是柱對稱結構,根據分子在軸向上的尺度,可以細分為棒狀(rod-like)和碟狀(disk-like)。碟狀液晶 Discotic Liquid Crystal分兩類向列型碟狀液晶 Nematic Discotic柱碟狀液晶 Columnar Discotic棒狀液晶 rod-like Liquid Crystal分為三類近晶相液晶 Smectic phases(層列相)、向列相液晶 Nematic phase(絲狀)、膽甾相液晶 Cholesteric phase(螺旋狀,手性向列型 Chiral Nematic)。
    • 向列相(nematic phase):具有兩重取向序,分子缺乏結晶位置順序,但確實與它們的長軸大致平行自對準。分子可以自由流動,它們的質心位置像在液體中一樣隨機分布,但它們的方向受到約束以形成長程方向順序。
    • 六角相(Hexatic phase):是二維粒子系統中介於固相和各向同性液相之間的一種物質狀態。它的特點是兩個階次參數:短程位置和准長程取向(六重)階次。更一般地說,六邊形是包含六重取向序的任何相。
    • 溶致液晶(Lyotropic liquid crystal):當兩親體(既疏水又親水)溶解成表現為液體和固體晶體的溶液時,就會產生溶出溶出性液晶。
      • 膠束立方相(micellar cubic phase):當分散在溶劑(通常是水)中的膠束濃度足夠高以至於它們被迫堆積成具有長程位置(平移)順序的結構時形成的溶致液晶相。
    • 鐵電液晶(Ferroelectric liquid Crystal)反鐵電液晶(Antiferroelectric liquid Crystal)亞鐵電液晶(ferrielectricity liquid crystal):具有自發的、可重新定向的局部極化特性,極化方向平行於指向矢,既像液晶一樣在取向上是流體,又像固體鐵電體一樣在量級上是較大的。反鐵電中間相液晶 antiferroelectric mesophase liquid crystal (MAFLC)反鐵電向列相液晶 antiferroelectric nematic liquid crystal (NAFLC)鐵電向列相液晶 ferroelectric nematic liquid crystal (NFLC)鐵電扭曲向列相液晶 ferroelectric twist-bent type nematic liquid crystal (NTBF)螺旋形鐵電向列相液晶 heliconical ferroelectric nematic liquid crystal (HCNFLC)螺旋極性近晶層狀C相液晶 helix orthogonal smectic lamellar C phase liquid crystal (SmCPHLC)小傾角鐵電近晶C相液晶 small tilt ferroelectric smectic C liquid crystal or ferroelectric smectic C liquid crystal (small tiltSmCFLC)小傾角鐵電近晶A相液晶 small tilt ferroelectric smectic A liquid crystal(small tiltSmAFLC)鐵電非極性正交近晶層狀A相液晶 ferroelectric apolar orthogonal smectic lamellar A phase liquid crystal (SmAAFLC)反鐵電近晶-ZA相液晶 antiferroelectric smectic-ZA liquid crystal (SmZALC)鐵電螺旋近晶液晶 Ferroelectric helical smectic liquid Crystal反鐵電螺旋近晶液晶 antiferroelectric helical smectic liquid Crystal手性鐵電向列相液晶 chiral ferroelectric nematic liquid crystal (NF*LC)鐵電手性近晶 C*相液晶 ferroelectric smectic C* liquid crystal (SmCAF*LC)反鐵電手性近晶 C*相液晶 antiferroelectric smectic C* liquid crystal (SmCA*LC)反鐵電手性近晶 O*相液晶 Antiferroelectric chiral smectic O* liquid crystal (SmOA*LC)反鐵電手性近晶 APA*相液晶 antiferroelectric smectic APA* liquid crystal (SmAPA*LC)正錐形反鐵電液晶 orthoconic antiferroelectric liquid crystal (OAFLC)鐵電向列相-各向同性相液晶 Ferroelectric Nematic-Isotropic liquid crystal鐵電二聚體液晶 ferroelectric dimeric liquid crystal(三個相 nematic phase、smectic-A phase、isotropic phase)、光學各向同性反鐵電液晶 Optically Isotropic Antiferroelectric Liquid Crystal (OIAFLC)
    • 鐵電向列相流體(ferroelectric nematic fluids):具有自發對稱性破壞的極性軟物質。
  • 單層阻挫膠體晶體(monolayer Frustrated Colloidal Crystal):有序晶格中粒子的軟硬度無序;xy 平面內為有序三角晶格,而在z 方向為無序的上、下兩個伊辛態。
  • 液晶彈性體(Liquid Crystal Elastomers):本質上是具有液晶性質的類橡膠,當暴露於光、熱、氣體和其他刺激物時,它們可以彎曲、起皺或伸展。取向有序位置無序的向列型液晶及其相關固相。
  • 液態玻璃(liquid glass):方向自由度被凍結,而平移運動是自由的。全局向列序不存在,粒子聚集形成了取向近似的局部玻璃態結構,在材料內部形成阻塞,阻止液晶的形成,粒子的靈活程度高於玻璃中的分子。存在向列相前驅體結構,有序粒子簇與不同有序粒子的交叉抑制了向列有序。
  • 酯膜結構(Acetate membrane structure):酯膜結構和液晶一樣具有柔性排列結構的特性,但分子間的連結程度又較液晶更小,與液體相同,因此物質可以像在液體中一樣地通過酯膜結構的物質。

常溫無序態

[編輯]

在有序系統中引入各類缺陷或在部分自由度上造成無序可以組合出許多種半有序結構,它們與玻璃態或其他非平衡態的界限往往較模糊。可以按以下思路生成更多的半無序系統:一是向有序系統中混入一些缺陷或摻雜(比如多晶),二是讓系統在某些自由度上有序而其他自由度上無序,由此可組合出各種半無序系統。

  • 無定形體(Amorphous)/非晶形固體(non-crystalline solid):或稱非晶體、無定形固體(Amorphous solid),其中的原子不按照一定空間順序排列的固體,與晶體相對應。一種非平衡態,擁有類似液體的不規則結構,但分子間的運動相對不自由,非晶態物質原子的排列具有近程有序、長程無序的狀態,宏觀上表現為各向同性(isotropy)。其中的原子不按照一定空間順序排列,沒有規則的幾何外形,沒有固定的熔點和各向異性。由於長程無序而使其內能並不處於最低狀態,屬於亞穩相,向晶態轉化時會放出能量。只要冷卻速度足夠快,任何液體都會過冷,生成無定形體。其中,原子尚未排好在熱力學上有利的晶態中的晶格或骨架即便已失去運動速度,但仍保留有液態時原子的大致分佈。由於熵的緣故,即使冷卻速度很慢,很多聚合物仍會生成無定形體。非晶態物質中的存在玻璃相變、Gardner相變和jamming相變。常見的非晶態固體有無定形冰無定形碳無定形硅高分子聚合物非晶形玻璃(Amorphous glassy solid)、非晶形橡膠(Amorphous rubbery solid)、非晶態金屬非晶態半導體等。
    • 玻璃態(Glassy State):由於物質在從液態冷卻的時候由於冷卻速度太快或者結晶速度太慢等動力學原因,或者由於分子自身不存在重複單元而無法形成晶體,而被凍結在液態的分子排布狀態的一種形態。玻璃態的物質是粘度非常大的液體,大到它們甚至不會流動的程度。玻璃就是玻璃熔體經過過冷,然後再進行快速冷卻得到的物體。可以分為慢冷玻璃和快冷玻璃。氣相沉積法製備出高緻密玻璃,這種超穩定玻璃有着極高的動力學穩定性和其他異常性能。平衡態只有一個,即自由能最低的晶體,但經過在TK附近可能的熱力學轉變後的最穩定玻璃態具有接近於晶體的熵,即理想玻璃(ideal glass)
    • 細菌玻璃(Bacterial Glass):細菌組裝體展現出豐富的集體行為,這些行為控制着它們的生物學功能,使其成為從活性物質物理學角度進行研究的重要對象。緻密的細菌懸浮液自組織成具有引人入勝的動力學特性的獨特物理相。通過改變細菌的密度,我們發現了細菌的玻璃化轉變,這是膠體和分子流體中平衡玻璃化轉變的直接活性物質類似物。這種轉變的標誌是動力學的急劇減慢和結構變化的微小。強烈的動態異質性在空間和時間上出現,導致斯托克斯-愛因斯坦關係的異常違反和動態關聯長度的增加。
    • 多晶(polycrystal):由許多晶格取向不同的晶疇組成,平均晶疇直徑小於100 nm的多晶也叫納晶,目前超細納晶直徑有幾納米,即十幾個原子直徑,更加細小的晶疇往往不穩定,超細晶疇多晶(Superfine domain polycrystal)趨向於玻璃態。部分自由度上的無序系統還可以進一步和具有缺陷的半無序系統組合出更多的半無序系統,比如多晶狀的液晶結構。
    • 金屬玻璃態(Metallic Glass):又稱非晶態合金,組成這種金屬的內部原子排列像玻璃一樣是長程無序的,是一種玻璃態結構。在室溫下保留合金的非平衡態結構,讓金屬熔體中無序排布的原子來不及擴散運動到平衡態位置,最終得到的固體原子構型也呈現出無序排布的特點。
      • 液態金屬(Liquidmetal):Liquidmetal 與 Vitreloy 是一系列由加州理工學院研究團隊所開發出來的非晶態金屬合金的商業名稱,目前由該團隊所組織的液態金屬科技公司(Liquidmetal Technologies Inc.)進行行銷,並是公司的產品名稱與商標名稱。雖然名稱中包含液態,但在常溫下其實並不是液態,而是非結晶的固態(又稱無定形體),類似玻璃,這樣的物質也被稱為金屬玻璃。
    • 金屬冰川玻璃態(Metallic Glacial Glass):一種新型非晶亞穩態,在一種分子液體亞磷酸三苯酯(TPP)的過冷液體區間內的特定溫度下進行保溫,TPP會轉變成一種能量介於非晶態和晶態之間的新物態。冰川玻璃態既有非晶的結構,又像晶體一樣能夠熔化;冰川玻璃態具有與玻璃態完全不同的玻璃化轉變溫度、脆度、密度、反射率和分子結構。
    • 過冷液體(Supercooled Liquid):液體在結晶溫度以下為亞穩態的過冷液體。液體越純淨,結晶中心越難形成。如果降低至凝固點以下仍未形成,則過冷。當用適當的方式緩慢冷卻飽和溶液時,可使其變成過飽和而不析出溶質的結晶,這種現象也稱為過冷,這種溶液稱為過冷溶液。過冷溶液也是不穩定的。快速降溫可以使過冷液體中的粒子來不及排列成能量最低的晶體結構就互相卡住,凝固成無序的玻璃態。
    • 過冷氣體(Supercooled Gas):氣體處於過冷狀態(或稱過飽和狀態)常見有兩種物理情況,一是氣體中液體凝聚核半徑過小,或是氣液交界面是曲面。過冷氣體也是亞穩態的。氣相粒子沉積在一起顯然也可以形成無序固體。
  • 膠體(Colloid):又稱膠狀分散體(colloidal dispersion)是一種均勻混合物,其中含有兩種不同相態的物質,一種分散,另一種連續。分散的一種由微小的粒子或液滴組成,大小介於1-100納米之間,且幾乎遍佈整個連續相態中。按照分散劑狀態不同分為:氣溶膠(gasoloid)液溶膠(lyosol)固溶膠(solid sol)有珍珠、泡沫塑料、煙水晶等。膠體粒子像一種可以被設計製造的「大原子」,比如通過化學合成、光刻等方法可以製備出各種大小和形狀的膠體粒子,而通過調節膠體表面聚合物或電荷、加入磁性材料、調節溶液性質等方法可以改變粒子間的作用勢。
    • 凝膠(Gel):又稱凍膠。高分子溶液和某些溶膠在一定條件下互相連接,形成空間網狀結構,結構空隙中充滿了作為分散介質的液體(在干凝膠中也可以是氣體,干凝膠也稱為氣凝膠),整個體系會轉變成一種彈性的半固體狀態的稠厚物質,失去流動性。這種現象稱為膠凝作用(gelation),所形成的產物叫做凝膠或凍膠。氣凝膠(Aerogel)是指分散係為氣態的,如:雲,霧等,固凝膠,液凝膠就是呈液態的膠體,如氫氧化鐵膠體。膠體小球形成凝膠往往需要數密度低的短程吸引粒子,數密度高時形成玻璃態。
  • 超齊構體(hyperuniformity)無序超均勻態(amorphous Hyperuniform Fluids)超同質體(superhomogeneity),根據粒子空間的分布,一般可將物質分為有序態和無序態。前者包括周期性排布的晶體以及准晶,後者則包括氣態,液體,玻璃態等。無序超均勻態,一種介於無序和有序之間的一種新的物態,即這種物態首先是無序的(粒子的分布顯得毫無規律),但是卻有着和晶體一樣的均勻性。缺少平移對稱性,但卻能像晶體一樣產生光子帶隙。不同於各向異性的光子晶體帶隙,無序超均勻態的光子帶隙是各向同性的,而且更容易打開。雞類的視錐細胞是一種同時兼具偶然性和高度均勻性的分布模式,在質數的分布,等離子體,硬球的密堆積,宇宙大尺度結構,軟物質膠體等體系中也發現了超均勻態存在的線索。超齊構體系統主要分為兩類。第一類是在系統達到平衡狀態(equilibrium)時呈現出的超齊構體分布,准晶體——一類內部原子不遵守重複規律排布,卻能完全鑲嵌滿空間的固體就是其中之一。在第一類超齊構體系統(平衡系統)之中,同一系統中微粒間的相互斥力使不同成分間保持距離,從而維繫超齊構體狀態。第二類超齊構體屬於非平衡系統,組成系統的微粒之間相互碰撞,但彼此之間不存在相互斥力,必須要有外力施加於這些系統才能使系統維持超齊構體的狀態。玻璃彈珠、乳濁液、膠質及冷原子系綜都屬於上述類型。而在非平衡超齊構體這一大類中,乳濁液的超齊構體是可以被特定振幅的晃動所誘發的,這一振幅標誌了材料從可逆到不可逆性的臨界轉變,當體系以低於臨界振幅的幅度晃動時,分散在乳濁液體系中的微粒在每次晃動停止之後還可以回到它們之前的相對位置;而當體系以高於臨界振幅的幅度晃動時,微粒的運動就是不可逆的了。至於鳥類眼睛中,被科學家們稱為多視錐超齊構體(Multihyperuniform)的五色分布模式。標準超齊形系統 standard hyperuniform systems、隱身超齊形多粒子系統 Stealthy hyperuniform many-particle systems、超緻密隱身超齊形球體 ultradense stealthy hyperuniform sphere、
    • 超均勻活性流體態(Hyperuniform Fluids of Circle Active):這種流體態的特殊之處在於在大尺度上具有和晶體相似的超均勻性,但在小尺度上卻可以永不停歇的聚集消散,表現出大漲落。從材料學角度上看,這種超均勻流體有望成為和光子晶體對應的光子液體(photonic liquids)。活性粒子是指不依靠外界能量而自發運動的非平衡粒子組成活性物質,包括鳥群,魚群,人群,細胞組織,細胞的微管微絲,以及依靠化學反應的自驅動膠體顆粒,他們表現出很強的集體運動行為。活力物質一個顯著的特徵是不需要吸引就可以通過信息傳遞或者一些非平衡態機制自發聚集,表現出「巨漲落」,氣液相分離等複雜的性質。活力物質的大漲落特性意味着體系密度分布極端地不均勻。這和超均勻性背道而馳。如果體系密度較高或者粒子旋轉半徑比較大,由於空間的限制,粒子間的碰撞將不會衰減,體系就會處於一種持續碰撞並擴散的活力流體態(active state),並且自發產生超均勻性。
  • 極性活性物質(Polar active matter):包括動物群、運動細胞聚集體和活性膠體,通常形成協同遷移模式,例如群集。這種有序運動可能會被代表極性排列喪失的局部擾動的全整數拓撲缺陷所破壞。此類極性缺陷可以作為跨尺度的關鍵組織中心,維持集體行為,例如旋轉運動和其他大尺度相干態。
  • 准固體(Quasi-solid)假固體 false-solid,部分固體 partial-solid,部分液體 partial-liquid,半固體 semi-solid,非明確固體或液體的物質。例如能夠支撐自身重量並保持其形狀,但也具有液體的一些特性,例如形狀符合對其施加壓力的物體的形狀以及在壓力動的能力。
  • 軟凝聚態(soft condensed state):或稱軟物質,介於常見流體與固體之間的一類物質,涵蓋了大量與日常生活和工業相關的各種不同系統,從聚合物到膠體,從液晶到表面活化劑,從肥皂泡到大分子溶液。軟物質表現出與固體和液態不同的特性,它經常有更多豐富和多變的形貌,最突出的性質是它的自組織能力,理解這些體系的自組裝和結構相變對新材料的製備和新結構的實現是非常重要的。隨着系統複雜程度的增加,僅僅有相互作用還不能決定物質結構的最後狀態。因此跟傳統的流變學所研究的物質應該在很大程度上有所重疊,區別是流變學關注這類物質的力學行為,比如本構本構關係及力學表現,軟凝聚態物質則更關注尺度效應、擾動/布朗運動對軟凝聚態物質的影響和這類物質表現出的自組裝(self-assembly)特性。常見的是體心立方結構。球堆積結構Frank-Kasper(FK)相是一類重要的合金結構,目前已經確認了28種相,非金屬體系中軟材料中發現μ相和ϕ相。
  • 粉態(micromeritic state):粉體是無數個固體粒子集合體的總稱。粒子是指粉體中不能再分離的運動單位。但習慣上,將≤100μm的粒子叫「粉」,>100μm的粒子叫「粒」。通常說的「粉末」、「粉粒」或「粒子」都屬於粉體學的研究範疇。將單一結晶粒子稱為一級粒子(primary particle),將一級粒子的聚結體稱為二級粒子(second particle)。由范德華力、靜電力等弱結合力的作用而發生的不規則絮凝物(random floc)和由粘合劑的強結合力的作用聚集在一起的聚結物(agglomerate)屬於二級粒子。
  • 傷痕態(scar state):這種量子態在通常的混沌量子系統中,本身基於其可以保護量子信息編碼的特性。量子多體疤痕 Ouantum Many-Body Scars、漸近量子多體疤痕 asymptotic QMBS、精確量子多體疤痕 exact QMBS

納米相、分子相

[編輯]
  • 超材料(Metamaterial)超表面(Metasurfaces):是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工複合結構或複合材料。通過在材料的關鍵物理尺度上進行結構有序設計,可以突破某些表觀自然規律的限制,從而獲得超出自然界固有的普通性質的超常材料,達成特殊功能。超表面是指一種厚度小於波長的人工層狀材料。超表面可實現對電磁波偏振、振幅、相位、極化方式、傳播模式等特性的靈活有效調控。超表面可視為超材料的二維對應。典型的超材料有仿生超材料生物超材料智能超材料軟性材料記憶材料數字超材料可調超材料納米複合材料高效防冰材料自我修復材料熱電材料輻射製冷超材料超疏水材料左手材料光子帶隙材料光子晶體聲子晶體光學超晶格聲學超晶格電磁晶體負曲率光纖金屬水離子液體液態金屬無聲金屬磁性液體量子點鈣鈦礦隱身斗篷完美透鏡全光信息元器件光操縱材料電磁超材料光學超材料聲學超材料熱力學超材料力學結構超材料負泊松比超材料五模式反脹力學超流體超材料負熱膨脹超材料負壓縮性結構材料輕質超強度力學超材料可調楊氏模量力學超材料)、彈性超材料無耗能電子材料隔音超材料聲電複合超材料磁光效應材料超磁性材料非線性光學超材料零折射率超材料負折射率材料非正定介質材料人工磁導體頻率選擇表面可重構超表面複合超表面時變超表面雙曲超材料梯度超材料莫爾手性超材料活化太赫茲超材料可調介質超材料磁可調介質超材料電可調介質超材料溫度可調介質超材料光可調介質超材料隱身材料紅外隱身材料雷達隱身材料可見光隱身材料聲隱身材料激光隱身材料)、基於傳輸線結構的超料等離子結構的超材料雙負(負等效質量密度、負等效彈性模量)彈性超材料等等。智能材料指表現出反應和適應性行為的各種材料,包括壓電/壓磁材料、軟介電/磁活性彈性體、形狀記憶合金、智能聚合物。多耦合構築材料 polycatenated architected materials、超構流體 metafluid、光流體 photofluid、磁離子渦旋 magneto-ionic vortex(vortion)、智能微塵 Smartdust
  • 可編程物質(Programmable matter):能夠根據用戶輸入或自主感應以可編程方式改變其物理特性(形狀、密度、模量、電導率、光學特性等)的物質。可編程物質與材料的概念相關聯,該材料本身具有執行信息處理的能力。可以構建一個元素集合,這些元素可以被「編程」以在現實中改變它們的物理屬性,而不僅僅是在模擬中。因此,可編程物質的意思是「任何可以被編程來改變其物理特性的物質」。固液相變泵浦(Solid-liquid phase-change pumping)簡單可編程物質(Simple Programmable matter)複雜流體(Complex fluids)可編程超材料(Programmable Metamaterials)形狀變化分子(Shape-changing molecules)電永磁體(Electropermanent magnets)自重構模塊化機器人(Self-reconfiguring modular robotics)電子粘土(Claytronics)(catoms)、元胞自動機(Cellular automata)量子阱(Quantum wells)[[合成生物學 Synthetic biology)
  • 超導材料(superconducting material):隨着磁場的增大,由Meissner態直接轉變為正常態的超導體被稱為第一類(Type-I)超導體。穿入的磁場會以量子化磁通渦旋的形式存在,並且為滿足渦旋間排斥能最小,渦旋會排列成周期性的三角格子,這一類超導體為第二類(Type-II)超導體。II類超導體具有兩個臨界場:下臨界場(Hc1)和上臨界場(Hc2)。在Hc1以下,整體處於Meissner態。在Hc1以上,允許外磁場以磁通渦旋的形式穿入超導體內部形成超導與正常態渦旋共存的混合態(mixed state, MS)。對I類超導體,即使外磁場小於臨界場,當磁場增加大於Hc(1-N )時( N 為樣品形狀導致的退磁因子)時,產生一個介於Meissner態和正常態之間的中間態(intermediate state, IS)。超導體非此即彼的分類僅在相變點( T = Tc )處適用,而在Tc以下的區域,出現一類新的超導體,被稱為II/1類超導體或臨界超導體,傳統的II類超導體又被稱為II/2類超導體。由於退磁效應的影響,在 H-T 相圖中出現了一個中間混合態(intermediate mixed state, IMS)的區域。2005年瑞典的Babaev等人提出在多帶超導體中,理論上每個超導能帶對應不同的相干長度,不同能帶對應的κ值將分別歸於傳統的I類和II類超導體,使得多帶超導體在外磁場中的整體行為無法單獨被傳統的I類或II類超導所描述。Babaev進一步預言了該類超導體渦旋之間具有短程排斥和長程吸引的相互作用,會形成類似於臨界超導體中間混合態的「准Meissner態」。這類超導體同時具有I類和II類超導體的物性特徵被稱為1.5類超導體。已經發現的典型的超導材料有:元素超導體(包括金屬和非金屬元素單質)、合金超導體(包括金屬元素和硼、碳、氮、磷等元素的二元和多元合金)、重費米子超導體(載流子的有效質量很大)、銅氧化物超導體(超導電子主要由銅貢獻)、鐵基超導體(包括鐵砷化物、鐵硒化物、鐵硫化物等,超導電子主要由鐵貢獻)、鎳氧化物超導體(超導電子主要由鎳貢獻)、有機超導體(含碳元素為主的有機物,包括石墨烯、C60及多種含苯環有機物)、氫化物超導體(含高壓下的金屬富氫化物超導體)等等。
  • 微相分離(Microphase-separated):共聚物可以進行微相分離,以形成一個多元化的周期納米結構陣列。這個尺寸是微觀或亞微觀的,外觀上是均勻的看不出分層現象,但是用微觀手段仍能觀察到兩相結構的存在。
  • 納米態(nanometer state):物質構成的過程中在納米尺度下隔離出來的幾個、幾十個可數原子或分子,顯著地表現出許多新的特性。納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點,以及其特有的表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。納米效應就是指納米材料具有傳統材料所不具備的奇異或反常的物理、化學特性。納米技術是指在0.1~100納米的尺度里,研究電子、原子和分子內的運動規律和特性的技術,以控制單個原子、分子來實現特定的功能,利用電子的波動性來工作的,包括分子納米技術、納米級微加工技術、生物納米技術。
  • 量子點(Quantum Dots, QDs):可以被簡單地理解為人造原子,有時被稱為超晶格、超原子或量子點原子。是一種尺寸在2~15nm範圍內的半導體納米晶體,其獨特的性質源自量子尺寸限域效應。當量子點的尺寸接近電子波長時,電子的運動被限制在三維空間中,使得量子點的能級發生量子化,從而顯著影響其光學、電學和磁學特性。半導體納米晶根據空間不同維度上量子尺寸限域效應的程度,可分為三類:二維量子阱、一維量子線/棒、零維量子點。量子阱材料在厚度方向受限,量子線 /棒在兩個方向受限,而量子點在三個方向均受限。隨着材料從體相向二維、一維、零維結構的發展,電子態密度由連續分布轉變為離散分布。2025年北京大學的研究首次在人造原子中實現了軌道雜化。狄拉克電量子點 Dirac electric quantum dots
  • 分子監獄(Carcerand)半-分子監獄(Hemicarcerand):分子監獄是指一類閉合的分子容器,據有較大空腔沒有出入口。能夠使客體分子完全陷入其中,即使在高溫條件下也不能脫離出來。這種類型的分子是在1985年由唐納德·詹姆斯·克萊姆 (Donald James Cram)首次描述的。由於其構造和監獄相類似,而且形成穩定絡合物分子,所以也稱此種絡合物為牢籠式絡合物(Carceplex)。與分子監獄相對的是半-分子監獄,在常溫下則會形成穩定的絡合物,但在高溫下能讓客體分子自由進出其空腔,這種絡合物是也稱半牢籠式絡合物(Hemicarceplexes)。這些客體分子存在的物態不同於常見的相態。這些分子容器內的化合物作為內相時,可觀察到完全非同一般的絡合反應,可防止它們與其他分子發生反應。
  • 姜-泰勒金屬(Jahn-Teller Metallic):集絕緣體、超導體、金屬和磁體的特性於一體的新物質形態。2015年日本化學家通過將銣原子引入C60中,改變了碳原子之間的距離,強迫其形成了一種新的晶體結構。這個名字來自姜-泰勒(Jahn-Teller)效應,該效應形容在低壓環境下,電子狀態下呈幾何排列的分子和離子能發生扭曲,這種新物質狀態能通過簡單施壓將絕緣體變為導體,且這種效果能持續一段時間,而分子還能維持其原有的形狀。因此這種物質形態會有各種重疊,暗示着能將絕緣材料變為超導體。這種C60晶體結構在相對較高的臨界溫度下能變為超導體。
  • 超分子組裝體(Supramolecular Assemblies):一維、二維和三維超分子組裝體 One-, Two-, and Three-Dimensional Supramolecular Assemblies
  • 介晶(Mesocrystal):是由許多大小和形狀相似的小晶體組成的材料結構,它們以規則的周期性圖案排列。這是一種定向聚集的形式,其中小晶體具有平行的晶體排列,但在空間上是分開的。
  • 聚集體(Aggregate):有機發光分子材料物態,一群相互作用的分子的集合,常常表現出與其分子單元大相徑庭的性質和功能。
    • 類單分子聚集體(single-molecule-like aggregates,SMA):有機分子在二維晶格里的發光行為與單分子類似但其堆積密度和排列方式與聚集體相近。
  • 單晶狀三維結構液滴(single-crystal-like 3D structural droplets):單晶體具有堅固的多面體形狀,但這種新物質的形狀類似液滴,而且具有流動性,表現出了結構特性與運動性相矛盾的性質。在重力作用下,該液滴狀物質可以在不破壞結構順序的同時,單向旋轉並流動。這種單向旋轉流動的特性是通過分子的手性實現的。研究人員設計了側鏈帶手性酯基的三亞苯衍生物(chiral discotic triphenylene)自組裝,調查了其相變動作和聚集的構造,發現該物質的中間相層疊了由獨具特色的人字形結構的二維薄膜,形成了像單晶體一樣的三維結構。
  • 蘇-施里弗-黑格鏈 Su-Schrieffer-Heeger(SSH) chains:SSH模型
  • 奧布里-安德烈-哈珀鏈 Aubry-André-Harper(AAH) chains:AAH模型
  • 一維雙波鏈 one-dimensional double-wave chains
  • 二維多波晶格 two-dimensional multi-wave lattice:這種二維晶格中,沿垂直方向出現多個蘇-施里弗-希格(SSH)鏈,沿水平方向上出現多個雙波鏈。
  • 平帶材料 Flat-band materials:平帶可以由許多(特殊)晶格上的電子運動產生,並且通常表現出拓撲性質。它們減小的帶寬成比例地增強了庫侖相互作用的效果,即使後者的絕對幅度相對較小。鋸齒狀晶格 sawtooth-like lattice、短晶格 Stub lattice、菱形鏈狀晶格 diamond chain lattice、
    • 棋盤晶格 Checkerboard Lattice:二維正方晶格的變體,由兩種不同原子或軌道交替排列(類似國際象棋棋盤的黑白格),形成 **√2×√2** 超晶格結構。
    • 紅寶石晶格 Ruby Lattice:是蜂窩晶格的變體,將六角晶格的頂點替換為三角晶格,邊替換為方形格子,形成類六角對稱性的結構
    • 克魯茨晶格 Creutz lattice:由二維方形晶格中引入對角線躍遷相位構成,形成手性耦合網絡。
    • 骰子晶格 Dice lattice lattice,蜂窩晶格的擴展,每個六邊形中心添加一個格點,形成三原子原胞(A、B、C),其中C原子僅連接B原子。表示每個原胞有3個不等價格點(類似骰子的三個面)。
    • 利布晶格 Lieb lattice:其基本單元由三種不同的元素組成,包括一個中心原子和兩個不同的外圍原子,具有高度對稱性和周期性。
    • 柴晶格 Shiba lattice:二維超導晶格,由於-柴-魯西諾夫(Yu-Shiba-Rusinov)態組成,當磁性原子被放置在傳統超導體的表面上時,就會產生這種晶格。
    • 籠目晶格(Kagome lattice)籠目超晶格(Kagome superlattice)超籠目晶格(hyperkagome lattice)呼吸籠目晶格(breathing kagome lattice):傳統的日本籃子編織技術融合了一種稱為「Kagome」的圖案,其由交錯排列的對稱三角形組成,聯合正三角形和正六邊形組成二維kagome晶格。如果金屬或其它導電物質的原子可以以這種模式排列,則所得到的材料可能展示出奇特的電子特性。電流中的電子不像預期的那樣直接流過晶格,而是沿着圓形邊緣流動且不會損失能量。籠目金屬 Kagome metal雙層籠目金屬 bilayer kagome metal准二維磁性籠目金屬 quasi-two-dimensional magnetic kagome metal拓撲籠目金屬 topological kagome metal、、拓撲籠目磁體 topological kagome magnet籠目外爾磁體 kagome Weyl magnet籠目陳數磁體 kagome Chern magnet籠目螺旋磁體 kagome helimagnet籠目晶格鐵磁體 Kagome Lattice Ferromagnet籠目晶格反鐵磁體 Kagome Lattice Antiferromagnet籠目超導體 kagome superconductor籠目量子自旋液體 kagome Quantum spin liquid籠目手性自旋液體 Kagome Chiral Spin Liquid籠目液態自旋量子 kagome herbertsmithite
    • 莫爾晶格(Moiré lattice)莫爾超晶格(Moiré superlattice)超莫爾晶格(Super-moiré lattice)莫爾准晶(Moiré quasicrystal):石墨烯是一種由碳六邊形密排形成周期晶格的二維材料,當兩層重疊的石墨烯相互扭轉一定的角度時,原有的晶格對稱性會被打破,產生長程有序的周期性條紋,從而顯著地改變電子能帶結構。當形成來自三層異質結構的莫爾圖案時,會導致「超級莫爾」結構。由兩個莫爾條紋在界面相互作用產生的新結構叫做超級莫爾晶格(Supermoiré lattice)
  • 拓撲光子晶體(Topological Photonic Crystal):是一種人工周期性結構材料,其微觀或宏觀尺度上的周期性排列設計旨在調控光子在其內部的傳播行為。空間光子晶體 space photonic Crystal時間光子晶體 Time Photonic Crystal雙軸各向異性光子時間晶體 Biaxial Anisotropic Photonic Time Crystal一維拓撲光子晶體 one-dimensional Topological Photonic Crystal二維拓撲光子晶體 two-dimensional Topological Photonic Crystal(量子霍爾光子晶體 Quantum Hall Photonic Crystal、量子自旋霍爾光子晶體 Quantum spin Hall Photonic Crystal、量子谷霍爾光子晶體 Quantum valley Hall Photonic Crystal)三維拓撲光子晶體 therr-dimensional Topological Photonic Crystal高階拓撲光子晶體 higher-order Topological Photonic Crystal二階光子晶體 second-order Photonic Crystal實高階外爾光子晶體 Real higher-order Weyl photonic crystal合成維度光子晶體 synthetic dimension Photonic Crystal等效規範場光子晶體 equivalent gauge field Photonic Crystal實-動量拓撲光子晶體 real-momentum topological photonic crystal無序輔助實動量拓撲光子晶體 Disorder-assisted real-momentum topological photonic crystal全介質拓撲光子晶體 All-Dielectric Topological Photonic Crystal谷光子晶體 Valley photonic Crystal非零貝里曲率的谷光子晶體 non-zero Berry curvature Valley photonic Crystal第二陳數光子晶體 Second Chern photonic Crystal磁性外爾光子晶體 magnetic Weyl photonic crystal三維磁性光子晶體 two-dimensional magnetic photonic crystal二維旋磁光子晶體 two-dimensional gyromagnetic photonic crystal扭轉雙層光子晶體 Twisted Bilayer Photonic Crystal, TBPC雙色光子晶體 bichromatic photonic crystal非厄米斯坦普利-三角光子晶體 non-Hermitian Stampfli-Triangle photonic Crystal非厄米時空調製光子晶體 non-Hermitian space-time modulated photonic Crystal弗洛凱四極光子晶體 Floquet Quadrupole Photonic Crystal非線性光子晶體 Nonlinear Photonic Crystal(1D、2D、3D、)、布洛赫波調製光子晶體 Bloch-Wave Modulated Photonic Crystal滑移- 磁性拓撲光子晶體 glide- magnetic topological photonic Crystal贗自旋谷耦合拓撲光子晶體 Pseudo-spin-valley coupled topological photonic Crystal蜂巢超晶格等離子體光子晶體 honeycomb superlattice plasma photonic Crystal一維極化激元傅里葉晶體 One-dimensional polaritonic Fourier crystal可配置拓撲光子多晶 Configurable Topological Photonic Polycrysta無序輔助實動量拓撲光子晶體 Disorder-assisted real–momentum topological photonic crystal
  • 拓撲聲子晶體(Topological Phononic Crystal):是具有周期性結構的人工材料,其中的聲子態或聲波態具有拓撲性質。一維拓撲聲子晶體 One-dimensional Topological Phononic Crystal二維拓撲聲子晶體 two-dimensional Topological Phononic Crystal三維拓撲聲子晶體 Three-dimensional Topological Phononic Crystal外爾聲學晶體 Weyl Acoustic Crystal一維流-固聲子晶體 One-dimensional Liquid/solid Phononic Crystal二維流-固聲子晶體 Two-dimensional Liquid/solid Phononic Crystal一維固-液聲子晶體 One-dimensional Solid/liquid Phononic Crystal一維固-液型隨機失諧聲子晶體 One-dimensional Solid/liquid Randomly Disordered Phononic Crystal一維固-液有限周期聲子晶體 One-dimensional Solid/liquid Limited Periodic Phononic Crystal二維固-液聲子晶體 Two-dimensional Solid/liquid Phononic Crystal一維固-固結構聲子晶體 One-dimensional Solid/Solidd Phononic Crystal二維固-固結構聲子晶體 Two-dimensional Solid/Solidd Phononic Crystal一維固/氣型聲子晶體 One-dimensional Solid/Ari Phononic Crystal二維固/氣聲子晶體 Two-dimensional Solid/Ari Phononic Crystal12重固-固型准周期聲子晶體 12-fold Solid/Solid Quasi-periodic Phononic Crystal三組分聲子晶體 Three-Component phononic Crystal三相聲子晶體 Three-phase Phononic Crystal各向異性聲子晶體 Anisotropic Phononic Crystal三維非均勻聲學晶體 Three-dimensional inhomogeneous acoustic crystal二維三角晶格聲子晶體 Two-dimensional Triangular lattice Phononic Crystal二維正方阿基米德格子聲子晶體 Two-dimensional Square-like Archimedean lattice Phononic Crystal二維蜂窩狀晶格聲子晶體 Two-dimensional honeycomb lattice phononic Crystal二維六邊形聲子晶體 Two-dimensional hexagonal phononic Crystal局域共振聲子晶體 Local Resonant Phononic Crystal二維局域共振聲子晶體 Two-dimensional Local Resonant Phononic Crystal三維局域共振聲子晶體 Three-dimensional Local Resonant Phononic Crystal非均勻局域共振型聲子晶體 Non-uniform Local Resonant Phononic Crystal雙局域共振赫姆霍茲聲子晶體 Double Local Resonance Helmholtz Phononic Crystal一維亥姆霍茲共振腔聲子晶體 one-dimensional Helmholtz resonators phononic Crystal二維亥姆霍茲共振腔聲子晶體 two-dimensional Helmholtz resonators phononic Crystal環形亥姆霍茲聲子晶體 toroidal Helmholtz phononic Crystal多重諧振聲子晶體 Multiple Resonant Phononic Crystal一維可調諧拓撲聲子晶體 one-dimensional tunable topological phononic Crystal二維嵌套複式結構聲子晶體 Two-dimensional Nesting Complex Structure Phononic Crystal二維梯度聲子晶體 two-dimensional gradient phononic Crystal二維准分形聲子晶體 Two-dimensional Quasi—fractal Phononic Crystal壓電電感聲子晶體 piezoelectric-inductance phononic Crystal壓電單晶聲子晶體 Piezoelectric Single Crystal PhonoIlic Crystal二維壓電聲子晶體 Two-dimensional Piezoelectric PhonoIlic Crystal二維電可調彈性拓撲聲子晶體 two-dimensional Electrically Tunable Elastic Topological phononic Crystal彈性三維聲子晶體 Elastic three-dimensional phononic Crystal一維大周期數聲子晶體 1D Large-Nmber of Cycles Phononic Crystal一維合成維度水基聲子晶體 One-dimensional synthetic waterborne phononic Crystal雙層聲子晶體 bilayer phononic crystald二維分級聲子晶體 Two-dimensional hierarchica phononic Crystal二維谷聲子晶體 two-dimensional Valley Phononic Crystal雙頻帶谷聲學晶體 dual-band valley sonic Crystal可嵌套谷聲波晶體 nestable valley sonic Crystal二維非對稱聲學晶體 two-dimensional nonsymmorphic sonic Crystal萬尼爾型多維度對稱保護拓撲聲學晶體 Wannier multidimensional symmetry-protected Topological Sonic Crystal非厄米二階拓撲聲子晶體 Non-Hermitian Second-Order Topological Sonic Crystal非厄米高階拓撲聲子晶體 Non-Hermitian Higher-Order Topological Acoustic Crystal微聲子晶體 Micro-phononic Crystal納聲子晶體 Nanophononic Crystal低對稱性聲子極化激元晶體 low-symmetry phonon-polaritonic Crystal
  • 拓撲磁振子晶體(Topological magnonic Crystal):周期性分布的磁性單元陣列。
    • 斯格明子動態磁振子晶體 Skyrmion Dynamic Magnonic Crystal:一種基於周期性間隔且可獨立控制的斯格明子線性陣列的磁振子晶體結構。利用納米觸點施加的納秒級自旋極化電流脈衝能夠精確調控斯格明子的成核與湮滅過程。當納米觸點按周期性陣列排列時,可形成斯格明子晶格結構,該結構誘導波導磁化產生周期性調製,這種調製可通過調節外部磁場強度或注入納米觸點的自旋電流密度實現動態控制。斯格明子的直徑對施加磁場和注入電流具有高度依賴性,由於斯格明子直徑直接影響釘扎勢的強度,因此系統的最低帶隙展現出顯著的可調特性。
  • 雙曲超構材料(HMM):第一類雙曲晶格 type-I hyperbolic lattice、第二類雙曲晶格 type-II hyperbolic lattice、彎曲雙曲超材料 curved hyperbolic metamaterials

高能量態

[編輯]
  • 超臨界流體(Supercritical fluid):也叫超臨界態,當物質在超過臨界溫度及臨界壓力以上,氣體與液體的性質會趨近於類似,最後會達成一個均勻相之流體現象。超臨界流體類似氣體具有可壓縮性,可以像氣體一樣發生瀉流,而且又兼具有類似液體的流動性。超臨界流體一直被認為是均勻和無結構的,但最近的研究表明,在動態過程中存在瞬態,類液體的集群。
  • 流動固體(flow Solid):同一物質同時擁有晶體和液體的特性,顯示了長程有序的晶體特徵和液體流動行為共存。在流動固體中,原子的遷移能力與液體不相上下,並具有一定的各向異性,其中原子大範圍的遷移運動通過分析分子動力學的原子運動軌跡清晰可辨,但它們在長時間、系綜統計的意義上是相互關聯的,並形成規則的網格結構。這些運動軌跡的長時間系綜平均給出了完整有序的原子密度分布,顯示了該相所具有的長程有序、各向異性等晶體特徵。如果將原子擴散按不同方向投影,分解出的均方位移清晰地展示了原子移動的各向異性特徵。
  • 鏈融態(chain-melted state):其中原子可同時以固態和液態存在,計算機模擬對原子施加高溫高壓會導致兩個相互鏈接的固體晶格結構的形成,其中一個晶格中原子之間的化學相互作用很強,當結構被加熱時它們保持固態;而其他原子則熔化成液態。在合適的條件下,包括鉀、鈉和鉍在內的六種以上的元素能以新發現的這種狀態存在。
  • 超離子態(Superionic):當物體處於這種狀態時,物體中的部分原子在其晶格格點附近振動,具有固體狀態;而另一部分原子則可以自由地擴散,呈現液體行為。很多物體,比如水和氨等,在一定的溫度和壓力條件下都能夠出現這種超離子態。水在高溫及超高壓的狀態下可能形成超離子態,氧原子被凍結在不規則的晶格上,氫原子核則可在氧原子間自由活動,使水具有導電性,水中的氫原子核如同導體中的電子。氦水化合物在高溫高壓下存在多種超離子態,氦原子在固態冰晶格中自由擴散的超離子態(SI-I相),氦原子和氫原子在固態氧原子晶格中自由擴散的超離子態(SI-II相)。一維超離子態 one-dimensional superionic
  • 透明鋁(Transparent aluminium):2009年利用德國漢堡電子同步加速器中心的自由電子激光裝置(FLASH)產生的極短軟X射線脈衝,集中發射到頭髮絲直徑1/20的金屬鋁點上,每個鋁原子都失去一個核心電子,同時卻沒有破壞鋁內部的晶體結構,從而使金屬鋁在極短紫外線輻射的狀態下變得近乎透明,維持了約40飛秒。[89]這一光化電離方式是研製類似新態物質的理想方式,極強的X射線源可催生新的物質狀態。
  • 等離子態電漿,Plasma):在高溫下,電子完全從原子電離出來,所組成的自由電子氣體。
  • 簡併相對論等離子體(degenerate relativistic plasmas)
  • 磁化等離子體(magnetized plasma)磁化電子-正電子對等離子體 magnetized electron-positron-pair plasma
  • 非中性等離子體(Non-neutral plasma, NNP):總電荷數不為零的等離子,在等離子動力學中由非中性電荷所產生的電場扮演了重要甚至是主要的角色。最單純的非中性等離子是只有一種帶電粒子所組成的等離子,從實驗室中製造出來的例子有:純電子等離子、純離子等離子、陽電子等離子、反質子等離子
  • 正反物質等離子體(Matter-antimatter plasma):或簡稱Pair-plasma 對等離子體,由同種正反粒子組成的。正負電子對等離子體(Electron-positron plasma),在實驗室中產生正負電子對有多種方法,但是要讓正負電子對產額大到足以產生等離子體集體效應較為困難,直到今年才由CERN初步實現。
  • 夸克-膠子等離子體(Quark-gluon plasma,簡稱QGP):一種量子色動力學下的相態,所處環境為極高溫與極高密度。自由夸克存在於膠子海洋中的物質狀態。
  • 色玻璃凝聚體(Color-glass condensate):質子相互撞擊會產生一種液狀物波膠子。
  • 超密態物質(super-high densities matter):處於極高壓力下具有極高密度的物質。
  • 簡併態(Degenerate matter):物質有非常高的壓力,由泡利不相容原理支持。
    • 相對論性簡併態物質(relativistic degenerate matter):速度接近光速的費米子(其粒子能量大於靜止質量能量)的簡併態。
    • 核意面(Nuclear pasta):一種理論類型的簡併物質,被假定存在於中子星的地殼內,如果存在將是宇宙中最堅固的材料。在中子星的表面常規物質和核心的超緻密物質夸克膠子等離子體之間,在物質密度為1014 g/cm3時,核引力和庫侖斥力的大小相當。這些力之間的競爭導致了由中子和質子組裝而成的各種複雜結構的形成,這些結構的幾何形狀類似於各種類型的意大利麵。預計所有相都是非晶態的,具有不均勻的電荷分布。在這個過渡區的頂部,壓力足夠大,傳統的原子核將凝結成更大的半球形集合,這個半球形的階段被稱為玉棋相(gnocchi phase)。當玉棋相被壓縮時,正如地殼深層所預期的那樣,玉棋相中質子的電斥力不足以支持單個球體的存在,它們被壓碎成長棒,根據其長度,長棒可以包含數千個核子。這些杆被稱為直麵相(spaghetti phase)。進一步的壓縮導致直麵相熔化並形成稱為千層面相(lasagna phase)的核物質片。千層面相的進一步壓縮產生了外核的均勻核物質。隨着深入地殼內部,核意大利麵中的這些孔從圓柱形(稱為吸管面相(bucatini phase)反直麵相(antispaghetti phase))變成分散的球形孔(稱為瑞士奶酪相(Swiss cheese phase))。核在地殼-核心界面消失,過渡到恆星的液體中子核。麵食相還具有有趣的拓撲性質,其特徵是同源基團。
    • 超級固態(super solid state):在140萬大氣壓下,物質的原子就可能被「壓碎」,電子全部被「擠出」原子,形成電子氣體,裸露的原子核緊密地排列,物質密度極大。該狀態下的物質類似一種晶體固態,但能像滑潤的、無粘性的液體那樣流動。
    • 溫稠密物質(warm dense matter,WDM):這是一種達到0.1~100 eV的中高溫狀態極端狀態,而它的密度相當於具有完全或部分簡併電子的強耦合等離子體。其電子處於部分電離、部分束縛的狀態,成分包括自由和束縛電子、離子、原子、分子以及它們組成的束團,一般處於高壓狀態。通常這類物質具有高的能量密度特徵。WDM通常僅僅在實驗室或星際中大於1 Mbar的壓力下才會存在,例如棕矮星、古老恆星的外殼、白矮星等天體中;或在能產生高壓的天文現象中也會出現,如超新星爆炸、天體碰撞和天體噴射等。
    • 電子簡併態(Electronic degenerate matter):又稱為超金屬、,白矮星的組成物質,密度很大。電離的電子在被電離的離子能態上形成的簡併態物質
      • 非金屬單質轉化金屬態:所有的非金屬單質均可在一定條件下轉變為金屬形態。60年代,通過高壓製備了「金屬碘」,然後黑磷等等的發現也在逐漸證實這一觀點。逐漸地,硫等等單質均被高壓所征服。而氫所在的IA族,只有氫元素不是金屬,其下的Li~Fr都是。北京高壓科學研究中心的研究者將氯壓縮至300 GPa(三百萬大氣壓)以上,利用可見光吸收光譜觀察到帶隙隨壓力施加而逐漸減小,最終在200 GPa附近完全閉合, 這一發現被認為是氯分子金屬化出現的特徵。當壓力進一步增加到241 GPa時,拉曼光譜上顯示出所有分子振動模式的消失,意味着氯分子鍵的斷裂—氯分子被解離成原子形式,此時仍具有金屬特性,為原子態金屬。
      • 金屬氫(Metallic hydrogen):是由氫原子核(即質子)組成的晶體結構,其原子間隔小於玻爾半徑,與電子波長長度相當。電子脫離了分子軌道,表現為一般金屬中的傳導電子。金屬氫中的質子既是普通陽離子,又是原子核,因此金屬氫也是唯一既屬於超金屬,又屬於通常金屬的物質。固態分子氫主要具有3個相,絕緣量子分子相(I)、低溫對稱性破缺相(II)和分子金屬相(III),三相交於一個三相點(153 GPa/120 K)。在250GPa以上,固態氫變得不透明,可能有部分分子裂解成為單原子,處於一種氫分子與氫原子共存的相。在極端高壓下,氫分子會發生分解,形成的全新物質形態固體金屬氫原子,第四狀態氫,在接近室溫的條件下對氫氣施加高達230吉帕斯卡(GPa)的壓力,得到一種氫分子和氫原子的混合狀態,並將其稱為第五狀態氫,極有可能是完全由氫原子構成的金屬氫的前體。之後可能還有一個第六狀態,也就是原金屬氫。2017年1月,哈佛大學的研究團隊宣布在接近絕對零度的495吉帕斯卡(GPa)在超低溫和超高壓條件下下,獲得了金屬氫。質子在密集的狀態下,零點能也很高,在高壓縮狀態下,有序能會降低,變成有良好導電性質的液體,成為液態金屬氫。有理論稱亞穩態金屬氫(簡稱MSMH)在壓力釋放之後,可能不會立即恢復成普通氫氣。2019年山東大學研究團隊研究表示,束縛於碳納米管的准一維氫在163.5GPa(即163.5萬倍大氣壓)下可以變為準一維金屬態,其超導的臨界溫度也接近室溫。
    • 中子簡併態(Neutron-degenerate matter)中子態Neutronium):中子星的組成物質。恆星引力坍縮的巨大壓力將電子壓入原子核,成為原子核的一部分,與質子結合為中子,形成主要由中子組成的密度極大質量極大的物質。
    • 質子簡併態(Proton degeneracy matter):包含質子的足夠緻密的物質會經歷質子簡併壓力,其方式類似於電子簡併物質中的電子簡併壓力:由於海森堡不確定性原理,限制在足夠小體積的質子的動量具有很大的不確定性。然而,由於質子的質量比電子大得多,因此相同的動量代表質子的速度比電子小得多。因此,在質子和電子數量大致相等的物質中,質子簡併壓力遠小於電子簡併壓力,質子簡併通常被建模為對電子簡併物質狀態方程的校正。
    • 核子物質(Nuclear matter):由大量質子和中子組成,僅由核力結合在一起,粒子的體積和數量是無限的,但比率是有限的,無限體積意味着沒有表面效應和平移不變性。一種常見的理想化模型是對稱核物質,它由相等數量的質子和中子組成,沒有電子。當核物質被壓縮到足夠高的密度時,根據量子色動力學的漸近自由度,可以預期它會變成夸克物質,即夸克的簡併費米氣體。稠密核物質 dense nuclear matter
    • 中子超流體(neutron superfluid):中子星中存在中子物質的超流相。超流性由BCS模型描述,具有真實的核子-核子相互作用勢。
    • 質子超導體(proton superconductor):中子星中存在質子超導相。
    • 核超流體(nuclear superfluid):核內核子的配對被認為與庫珀配對和BCS縮合類似,實驗上以配對間隙的形式觀察到了由此產生的的特徵。
    • 色超導體(Color superconductor):緻密夸克物質(dense quark matter),高密度低溫物質,由夸克組成的簡併費米氣體,在費米面附近存在夸克庫珀對凝聚態,從而引發色邁斯納效應。在最高密度下,由於QCD耦合較弱,可以進行嚴格的計算,基態是一種特別對稱的狀態色味鎖定相(CFL)。
      • 色味鎖定相(color-flavor locked phase,CFL):一種預計會發生在超高密度奇異物質(夸克物質的一種形式)中的相態。夸克形成庫珀對,其顏色屬性與它們的味屬性相關,在三個顏色對和三個味對之間一一對應。根據粒子物理學的標準模型,色-味鎖定相是三味有色物質中密度最高的相。CFL相是一種超流體,一種電磁絕緣體,其中有一個「旋轉」光子,其中包含其中一個膠子的少量混合物,並且破壞了手性對稱性,具有與足夠密集的超子物質相同的對稱性。CFL相有幾種變體,代表配對結構在響應外部應力時發生的扭曲,例如奇異夸克的質量與上下夸克的質量之間的差異。
      • 夸克凝聚體(quark condensate)π介子凝聚體(pion condensate),色超導夸克物質有很多種,每種都是單獨的物質相,在緊湊型恆星的核心,三種不同口味(上、下、奇)配合三種不同的顏色(紅、綠、藍),總共有九種夸克。在形成夸克庫珀對時,有一個可能配對模式的9×9色-味矩陣。這些模式之間的差異在物理上非常顯著,不同的模式打破了基礎理論的不同對稱性,導致不同的激發光譜和不同的輸運性質。假設緻密恆星確實含有夸克物質,占主導地位的強夸克-夸克相互作用的吸引力使彩色超導性能在較低密度下存活,但可能會過渡到一些強耦合相(例如空間束縛的二夸克或六夸克的玻色-愛因斯坦凝聚體)。
      • SU(2)色超導體 Color superconductor):當普通物質以高於 ~0.5×1039 nucleon/cm3 的超核密度被壓縮時,存在於自然界中。BCS形式適用於色群為的夸克物質的描述,其中夸克庫珀對(quark Cooper pairs)是無色的。Nambu–Jona-Lasinio模型預測了高密度色夸克物質超導相的存在。這一物理圖像在Polyakov-Nambu-Jona Lasinio模型和晶格QCD模型中得到了證實,其中冷夸克物質的性質可以根據量子色動力學的第一原理來描述。在有限化學勢下對偶數夸克味的雙色QCD晶格進行建模的可能性與積分測度的正定性和符號問題的不存在有關。零自旋中性兩味色超導體 spin-zero neutral two-flavor color superconductor零自旋三味色超導體 spin-zero three-flavor color superconductor(CFL相、A相、A*相、2SC相、sSC相)
      • SU(3)色超導體 color superconductor):通過將核物質的密度增加到飽和密度以上,夸克物質就形成了。預計低溫下緻密夸克物質是一種色超導體。在色群的情況下,夸克庫珀對的玻色-愛因斯坦凝聚體具有開色。為了滿足約束的要求,可以考慮無色6夸克態的玻色-愛因斯坦凝聚體,或者使用投影BCS理論。夸克庫珀對可以被視為夸克物質中存在的一種重子,超導夸克物質可以被認為是夸克和重子的混合物。零自旋六重色凝聚態 spin-zero color-sextet condensate
    • 夸克簡併態(Quark degeneracy matter):當密度大於中子簡併所支持的密度時,預計會出現夸克物質。
      • 夸克物質(Quark matter):也被稱為量子色動力學物質(QCD matter),夸克突破夸克禁閉(quark confinement)也稱色禁閉。可能存在一些特別大的中子星,可形成穩定在較低的能量狀態。
      • 奇異物質(Strange matter):是夸克物質的一種特例,包含上夸克、下夸克和奇夸克的流體。這是與核物質(質子、中子等構成的普通物質)及非奇異夸克物質(non-strange quark matter,除奇異物質外的夸克物質)相對的概念。
      • 輕夸克-反夸克凝聚體(light quark-antiquark condensate):QCD手性凝聚態 QCD chiral condensate,所謂的QCD相變被認為發生在早期宇宙中,約為150 MeV(約1012 K),在這個溫度下,手性對稱性被破壞,導致夸克-反夸克凝聚。假設中性π介子是凝聚粒子。
      • 輕夸克-重夸克雜質凝聚體(light-quark heavy-quark-impurity condensate):QCD近藤凝聚態 QCD Kondo condensate,由背景磁場引起的量子色動力學(QCD)近藤效應,類似於有限密度QCD中的近藤效應。
    • 前子簡併態(Preon degeneracy matter):是指基於前子模型的物質狀態,其中前子(基本粒子)以簡併態存在。
      • 先子物質(Preon matter):前子物質,由先子組成的推測物質,先子是在理論上構成夸克和輕子的亞原子粒子。
  • 夸克-膠子超流體(Quark-gluon superfluid):在密度極高,溫度足夠低的情況下,強子與強子足夠靠近,夸克開始與周圍的強子接觸,包的結構發生融合,形成一種夸克-膠子超流體(superfluid)結構,稱為色超導(color superconductivity)。
  • 色味連鎖夸克物質(Color-Flavor-Locked quark matter):夸克-膠子超流體密度進一步增加後,原本半衰期極短的奇異夸克(strange quark)開始穩定存在,所有夸克以一一對應的方式將三種色荷(color)與三種味荷(flavor)配成庫珀對,構成夸克物質所能達到的最緻密狀態,稱為色味連鎖(color-flavor-locked)。這樣的色味連鎖態物質,給出了維持蟲洞幾何的能動張量的一個解。蟲洞是具有拓撲平凡的邊界,而內部並非單連通的一塊緊緻的時空區域。愛因斯坦場方程的解要得到這種幾何結構,必要條件是存在違背零能量條件(null energy condition)的能動張量。通俗地說是要存在某種意義上的負能量密度。
  • W凝聚體 condensate)Z凝聚體 condensate):在強磁場(約0.74×1020 T)的背景下,真空的電弱區會經歷兩次連續的交叉躍遷,這兩次躍遷分別與矢量玻色子和標量希格斯粒子的零溫動力學的劇烈變化有關。在第一次躍遷上方,出現了了大型非均勻結構,這與渦旋穿透凝聚態形成的經典圖像一致。凝聚態的存在支持了強磁場在真空中誘導奇異超導和超流特性的出現。表明渦旋形成的是無序固體或液體,而不是晶體。第二次躍遷恢復了電弱對稱性。這種條件可以在磁化黑洞的近視界區域實現。
    • W超導體 superconductor)Z超流體 superfluid)凝聚態的存在支持了強磁場在真空中誘導奇異超導和超流特性的出現。由於海森堡不確定性原理,真空並不是完全空的,真空隨着虛擬粒子的活動而攪動,這些虛擬粒子在短時間內彈出和消失,形成量子漲落的沸騰湯。足夠強的磁場會導致真空量子漲落以固體的形式實現。這種固體似乎由渦旋狀物質組成,單個漩渦沿磁場大致呈流線型。在非均勻相的中間,渦旋似乎形成了一種無序的渦旋固體,而這種固體在更接近於兩個贗臨界磁場的位置會熔化成渦旋液體。這種奇特的固體也具有液體的特定特徵,漩渦像在液體中一樣擺動和移動,但像在固體中一樣保持近似固定在特定位置。這種從真空中誕生的狀態是一種超導體,這種固-液-渦旋-超導物質還具有超流動性。超導性是通過帶電玻色子的凝結來實現的。同時,超流動性由中性玻色子的共存凝聚物維持。
  • 希格斯凝聚體(Higgs condensate):類似於超流氦的相對論量子流體,弱電理論預測在約160 GeV(約1015 K)處發生相變,在此期間希格斯場獲得了非零真空期望值,形成了凝聚態。希格斯凝聚態的低能激發態表現得像兩個相對論希格斯場。
  • 輻射場態(Radiation field matter):又叫真空(vacuum)場態物質,真空中,即便沒有實體粒子,也存在引力場和熱輻射。具有輻射作用的場,包括電磁場(包括無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線和γ射線等)和引力場等。滿足一定條件場和實體粒子可以相互轉化。
  • 量子場態(Quantum field matter):量子場論中,物質的質量僅被視為場的平方項之係數,並不具備實質物理意義。場是彌散於全空間的,比如電場、引力場、磁場等等。場的物理性質可以用一些定義在全空間的量描述,這些場量是空間坐標和時間的函數,它們隨時間的變化描述場的運動。

甚高能量態

[編輯]
  • 弱對稱物質(Weakly symmetric matter):大爆炸後10-12秒後,弱相互作用和電磁相互作用統一時產生。
  • 強對稱物質(Strongly symmetric matter):大爆炸後10-36秒後, 隨着宇宙的擴大,溫度和密度下降,強作用力的分離,這個過程被稱為對稱破缺。
  • 引力奇點(Gravitational singularity):也稱時空奇異點或奇點,是一個體積無限小、密度無限大、時空曲率無限大的點。引力異常所預測的廣義相對論存在的黑洞中心,它不是一個物質的相態(雖然大規模的能源有助於其創造物質)。

其他

[編輯]
  • 超重元素物質(Superheavy element matter):由超重元素組成的物質。研究發現半人馬座普瑞茲畢爾斯基星(HD 101065或半人馬座V816)的觀測表明這個恆星的光譜中的等不尋常元素的含量較高,也檢測到如等多種短壽命的錒系元素,其中鎄的最長壽同位素252Es的半衰期只有472天。該恆星中也有放射性元素的存在。一個理論認為這個恆星含有某些位於穩定島的長壽命核素(例如298Fl),而這些檢測到的短壽命錒系元素是這些核素的衰變產物,與它們的母同位素存在長期平衡。
  • 反物質(Antimatter):由普通物質的相應粒子的反粒子構成的物質,通常認為反物質無法在自然界找到,但是宇宙中可能存在反物質天體。2021年研究者在來自費米伽馬射線太空望遠鏡的數據中找到了14個反物質星的候選者。
  • 負物質(Negative matter):擁有負質量(Negative mass)的一類奇異物質,負粒子及負物質擁有負質量/負能量,會受重力場吸引,反而會受其排斥。
  • 快子物質(Tachyon matter):靜止質量為虛數質量(Complex mass)的快子,其運動速度永遠高於光速。Sen的理論發現快子凝聚的最終態是一種無壓力存在的快子物質。
  • 暗物質(Dark matter):無法通過電磁波的觀測進行研究,也就是不與電磁力產生作用的物質。
  • 負壓物質(negative pressure matter):暗能量,熱力學壓強是負的物質。普通的物質都是正壓物質,即它們的熱力學壓強是正的。
  • 鏡像物質(mirror matter):也稱為影子物質(shadow matter)或愛麗絲物質(alice matter),是普通物質的假設對應物,它反映了普通物質的性質,但僅通過引力或弱相互作用與之相互作用。

相的周期表

[編輯]

2012年加拿大佩里米特理論物理研究所研究員文小剛在美國《科學》雜誌的發表文章提出一種能夠最終對相態進行分類的新理論體系,物質有500多種相態。該理論可以在任何維度、任何對稱性的基礎上對保有對稱性的相態實施構築和分類。[90]

物質的有能隙量子相
量子化的粒子長程糾纏,產生被稱為拓撲序的全局特性 量子化的粒子短程糾纏,全局的拓撲序由局域對稱性產生
不出現對稱性破缺 出現對稱性破缺 不出現對稱性破缺 出現對稱性破缺
超導相 整數霍爾效應態 手性自旋液體相 平庸 拓撲絕緣體 ->(二聚物相)
p+ip 費米子對 量子自旋液體 奇數自旋 Haldanel 相 CZX halozeotype 態 ->(lsing 鐵磁相)
阿貝爾分數量子霍爾態相 非阿貝爾分數量子霍爾態相 G-對稱性保護拓撲態 更多的相
Haah 編碼(拓撲序未知)

參見

[編輯]
奇異物質

物理學中,奇異物質(英語:Exotic matter)指的是與普通物質不同,具有奇異特性的物質的統稱。奇異物質有以下幾種:

負物質

[編輯]

擁有負質量(英語:Negative mass)的一類奇異物質有時譯為負物質(英語:Negative matter)。注意這裏的「負粒子及負物質」與「反粒子反物質」(英語:Antiparticle and Antimatter)是完全不同的概念,負粒子及負物質擁有負質量/負能量,而反粒子及反物質具有正質量/正能量。反粒子及反物質與普通粒子及普通物質(意即正粒子及正物質)一樣會被重力場吸引,但另一方面負粒子及負物質不會受重力場吸引,反而會受其排斥。[91][92]

負物質可能擁有一些奇特的特性,如往施方向的反方向加速。譬如一個慣性質量為負、電荷為正的物體與帶電的普通物質相互作用,它會與帶正電的物體相吸,與帶負電的物質相斥,完全與普通物質間的「同性相斥,異性相吸」相反。這種反常的行為可產生一些不可思議的結果。

虛質量

[編輯]

靜止質量為虛數的假想粒子稱為快子,其運動速度永遠高於光速。目前尚無證據表明快子存在。

,其中E為能量,m為質量,c為光速(常數),v為速度

如果靜止質量m是虛數,由於E(能量)必須是實數,說明分母也是虛數,即被開方數為負,而只有v(速度)大於c(光速)時該條件才滿足。格雷戈里·本福特英語Gregory Benford等人指出,根據狹義相對論,若快子存在,可實現與過去的通訊[93](見快子電話)。

量子場論中,虛質量會導致快子凝聚

超高壓下的物質

[編輯]

在超高壓下,氯化鈉 (NaCl) 等物質在氯或鈉過量的情況下會轉化為經典化學「禁止」的化合物,例如Na
3
Cl
NaCl
3
。量子力學計算預測了其他化合物的可能性,例如NaCl
7
Na
3
Cl
2
Na
2
Cl
。這些材料在高壓下具有熱力學穩定性。此類化合物可能存在於高壓下的自然環境中,例如深海或行星核心內部。這些材料具有潛在的有用特性。例如 Na
3
Cl
是一種二維金屬,由可以導電的純鈉和鹽層組成。鹽層充當絕緣體,而鈉層充當導體。[94][95]

參見

[編輯]


參考資料

[編輯]
  1. ^ Iwamoto, Takeaki; Ishida, Shintaro. Stable Silylenes and Their Transition Metal Complexes. Organosilicon Compounds. Elsevier. 2017: 388. ISBN 978-0-12-801981-8. doi:10.1016/b978-0-12-801981-8.00008-3. 
  2. ^ Y.K. Hsiao, C.Q. Geng, "Identifying Glueball at 3.02 GeV in Baryonic B Decays" (Version 2: October 9, 2013) http://arxiv.org/abs/1302.3331頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Wolfgang Ochs. The status of glueballs. Journal of Physics G. 2013, 40 (4): 043001. Bibcode:2013JPhG...40d3001O. arXiv:1301.5183可免費查閱. doi:10.1088/0954-3899/40/4/043001. 
  4. ^ D. Harris. The charming case of X(3872). Symmetry Magazine. 13 April 2008 [2009-12-17]. (原始內容存檔於2017-11-15). 
  5. ^ L. Maiani, F. Piccinini, V. Riquer and A.D. Polosa. Diquark-antidiquarks with hidden or open charm and the nature of X(3872). Physical Review D. 2005, 71: 014028. Bibcode:2005PhRvD..71a4028M. arXiv:hep-ph/0412098可免費查閱. doi:10.1103/PhysRevD.71.014028. 
  6. ^ G. Cotugno, R. Faccini, A.D. Polosa and C. Sabelli. Charmed Baryonium. 物理評論快報. 2010, 104 (13): 132005. Bibcode:2010PhRvL.104m2005C. doi:10.1103/PhysRevLett.104.132005. 
  7. ^ Observation of a resonance-like structure in the pi^+- psi' mass distribution in exclusive B-->K pi^+- psi' decays arXiv. [2015-08-27]. (原始內容存檔於2016-07-31). 
  8. ^ 存档副本. [2012-07-19]. (原始內容存檔於2009-03-22). 
  9. ^ 存档副本. [2012-07-19]. (原始內容存檔於2011-11-09). 
  10. ^ A. Ali, C. Hambrock, M.J. Aslam. Tetraquark Interpretation of the BELLE Data on the Anomalous Υ(1S)π+π- and Υ(2S)π+π- Production near the Υ(5S) Resonance. 物理評論快報. 2010, 104 (16): 162001. Bibcode:2010PhRvL.104p2001A. doi:10.1103/PhysRevLett.104.162001. 
  11. ^ Observation of a Charged Charmoniumlike Structure in e+e-→π+π-J/ψ at √s=4.26  GeV Physical Review Letters
  12. ^ Quark quartet opens fresh vista on matter nature. [2015-08-27]. (原始內容存檔於2014-01-12). 
  13. ^ Study of e+e-→π+π-J/ψ and Observation of a Charged Charmoniumlike State at Belle Physical Review Letters
  14. ^ T. Xiao, S. Dobbs, A. Tomaradze, Kamal K. Seth. Observation of the charged hadron Z±
    c
    (3900) and evidence for the neutral Z0
    c
    (3900) in e+e-→π+π-J/ψ at √s=4170  MeV Physics Letters B
    . [2015-08-27]. (原始內容存檔於2015-09-24).
     
  15. ^ Physics - New Particle Hints at Four-Quark Matter. Physics.aps.org. 2013-06-17 [2014-04-12]. (原始內容存檔於2019-10-09). 
  16. ^ Eric Swanson. Viewpoint: New Particle Hints at Four-Quark Matter. Physics. 2013, 69 (6). Bibcode:2013PhyOJ...6...69S. doi:10.1103/Physics.6.69. 
  17. ^ LHCb collaboration. Observation of the resonant character of the Z(4430)− state. 2014. arXiv:1404.1903v1可免費查閱. 
  18. ^ Abazov, V. M. Observation of a new
    B0
    s
    π± state. 25 Feb 2016. arXiv:1602.07588可免費查閱.
      已忽略未知參數|collaboration= (幫助)
  19. ^ 存档副本 (PDF). [2016-03-13]. (原始內容 (PDF)存檔於2016-11-09). 
  20. ^ Announcement by LHCb. [2016-03-13]. (原始內容存檔於2013-04-29). 
  21. ^ R. Aaij; et al. Observation of J/ψφ structures consistent with exotic states from amplitude analysis of B+→J/ψφK+ decays. 2016. arXiv:1606.07895可免費查閱 [hep-ex].  已忽略未知參數|collaboration= (幫助)
  22. ^ R. Aaij; et al. Amplitude analysis of B+→J/ψφK+ decays. 2016. arXiv:1606.07898可免費查閱 [hep-ex].  已忽略未知參數|collaboration= (幫助)
  23. ^ R. Aaij; et al. Observation of structure in the J/ψ-pair mass spectrum. 2020. arXiv:2006.16957可免費查閱.  已忽略未知參數|collaboration= (幫助)
  24. ^ Observation of a four-charm-quark tetraquark.. LHCb - Large Hadron Collider beauty experiment. CERN. 1 July 2020 [12 July 2020]. (原始內容存檔於2020-12-10). 
  25. ^ New X0(2900) and X1(2900): Hadronic Molecules or Compact Tetraquarks. PRL. 9 Sep 2020 [9 Sep 2020]. (原始內容存檔於2022-09-15). 
  26. ^ New Tetraquark Spotted in Electron-Positron Collisions. PRL. 11 March 2021 [11 March 2021]. (原始內容存檔於2022-09-14). 
  27. ^ Emma stein. 發現迄今最長壽的新奇異粒子:四夸克粒子T cc+. [2021-08-03]. (原始內容存檔於2021-08-03). 
  28. ^ Observation of new resonances decaying to J/ψK+ and J/ψϕ. 15 Sep 2021 [15 Sep 2021]. (原始內容存檔於2023-01-20). 
  29. ^ Observation of new structures in the J/ψJ/ψ mass spectrum in pp collisions at √s = 13 TeV. CMS. 9 July 2022 [9 July 2022]. (原始內容存檔於2022-07-12). 
  30. ^ ATLAS observes potential four-charm tetraquark. ATLAS. 9 July 2022 [9 July 2022]. (原始內容存檔於2022-12-03). 
  31. ^ LHCb discovers three new exotic particles. CERN. 5 July 2022 [8 July 2022]. (原始內容存檔於2022-12-16). 
  32. ^ Vijande, J.; Valcarce, A; Richard, J.-M. Stability of hexaquarks in the string limit of confinement. Physical Review D. 25 November 2011, 85 (1): 014019. Bibcode:2012PhRvD..85a4019V. arXiv:1111.5921可免費查閱. doi:10.1103/PhysRevD.85.014019. 
  33. ^ Lyu, Yan; Tong, Hui; Sugiura, Takuya; Aoki, Sinya; Doi, Takumi; Hatsuda, Tetsuo; Meng, Jie; Miyamoto, Takaya. Dibaryon with Highest Charm Number near Unitarity from Lattice QCD. Physical Review Letters. 2021-08-11, 127 (7): 072003. Bibcode:2021PhRvL.127g2003L. PMID 34459647. arXiv:2102.00181可免費查閱. doi:10.1103/PhysRevLett.127.072003可免費查閱. hdl:2433/265092可免費查閱. 
  34. ^ Exotic six-quark particle predicted by supercomputers. www.riken.jp. [2022-01-21] (英語). 
  35. ^ Gell-Mann, Murray. A Schematic Model of Baryons and Mesons (PDF). Phys. Lett. 1964, 8 (3): 214–215 [2015-07-18]. doi:10.1016/S0031-9163(64)92001-3. (原始內容存檔 (PDF)於2019-07-24). 
  36. ^ Strottman, D. Multiquark baryons and the MIT bag model. Phys. Rev. D. 1979, 20 (3): 748–767. doi:10.1103/PhysRevD.20.748. 
  37. ^ 37.0 37.1 R. Aaij et al. (LHCb collaboration). Observation of J/ψp resonances consistent with pentaquark states in Λ0
    b
    →J/ψK
    p
    decays. Physical Review Letters. 2015, 115 (7). doi:10.1103/PhysRevLett.115.072001.
     
  38. ^ Kandice Carter. The Rise and Fall of the Pentaquark. Symmetry Magazine. 2006, 3 (7): 16 [2015-07-16]. (原始內容存檔於2020-09-30). 
  39. ^ 39.0 39.1 39.2 39.3 39.4 39.5 W.-M. Yao et al. (Particle Data Group). Review of particle physics:
    Θ+
    (PDF). Journal of Physics G. 2006, 33: 1 [2015-07-17]. Bibcode:2006JPhG...33....1Y. arXiv:astro-ph/0601168可免費查閱. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001. (原始內容存檔 (PDF)於2018-12-21).
     
  40. ^ J. Pochodzalla. Duets of strange quarks. Hadron Physics. 2005: 268. ISBN 161499014X. 
  41. ^ D. Diakonov, V. Petrov, and M. Polyakov. Exotic anti-decuplet of baryons: prediction from chiral solitons. Zeitschrift für Physik A. 1997, 359 (3): 305. Bibcode:1997ZPhyA.359..305D. arXiv:hep-ph/9703373可免費查閱. doi:10.1007/s002180050406. 
  42. ^ See p. 1124 in C. Amsler et al. (Particle Data Group). Review of particle physics (PDF). Physics Letters B. 2008, 667 (1-5): 1 [2015-07-15]. Bibcode:2008PhLB..667....1A. doi:10.1016/j.physletb.2008.07.018. (原始內容存檔 (PDF)於2017-02-01). 
  43. ^ T. Nakano et al. (LEPS Collaboration). Evidence of the Θ+ in the γd→K+Kpn reaction. Physical Review C. 2009, 79 (2): 025210. Bibcode:2009PhRvC..79b5210N. arXiv:0812.1035可免費查閱. doi:10.1103/PhysRevC.79.025210. 
  44. ^ Observation of particles composed of five quarks, pentaquark-charmonium states, seen in Λ0
    b
    →J/ψpK decays
    . CERN/LHCb. 14 July 2015 [2015-07-14]. (原始內容存檔於2017-12-16).
     
  45. ^ I. Sample. Large Hadron Collider scientists discover new particles: pentaquarks. The Guardian. 14 July 2015 [2015-07-14]. (原始內容存檔於2020-11-08). 
  46. ^ Where has all the antimatter gone?. CERN/LHCb. 2008 [2015-07-15]. (原始內容存檔於2020-04-04). 
  47. ^ G. Amit. Pentaquark discovery at LHC shows long-sought new form of matter. New Scientist. 14 July 2015 [2015-07-14]. (原始內容存檔於2020-11-08). 
  48. ^ 存档副本. [2019-03-30]. (原始內容存檔於2020-11-12). 
  49. ^ A. Faessler, A. J. Buchmann, M. I. Krivoruchenko, Constraints to coupling constants of the ω- and σ-mesons with dibaryons, Phys. Rev. C56, 1576 (1997) arXiv:nucl-th/9706080頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  50. ^ F. Weber, R. Negreiros, P. Rosenfield, "Neutron Star Interiors and the Equation of State of Superdense Matter.", Invited review talk presented at "Neutron Stars and Pulsars: About 40 years after the discovery", Bad Honnef, Germany, 2006. To be published in Springer Lecture Notes arXiv:0705.2708頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  51. ^ Jürgen Schaffner-Bielich; The Role of Strangeness in Astrophysics — an Odyssey through Strange Phases
  52. ^ Amand Faessler, A. J. Buchmann, and M. I. Krivoruchenko; Constraints on the ω- and σ-meson coupling constants with dibaryons[失效連結]; Phys. Rev. C 56, 1576 - 1581 (1997) PDF
  53. ^ Shinya Gongyo, Kenji Sasaki, Sinya Aoki, Takumi Doi, Tetsuo Hatsuda, Yoichi Ikeda, Takashi Inoue, Takumi Iritani, Noriyoshi Ishii, Takaya Miyamoto, Hidekatsu Nemura, "Most Strange Dibaryon from Lattice QCD", Physical Review Letters, 10.1103/PhysRevLett.120.212001
  54. ^ Forschungszentrum Jülich press release. 
  55. ^ Massive news in the micro-world: a hexaquark particle. The Register. 
  56. ^ Adlarson, P.; et al. Evidence for a New Resonance from Polarized Neutron-Proton Scattering. Physical Review Letters. 2014, 112 (2): 202301. Bibcode:2014PhRvL.112t2301A. S2CID 2280323. arXiv:1402.6844可免費查閱. doi:10.1103/PhysRevLett.112.202301. 
  57. ^ Bashkanov, M. A new possibility for light-quark dark matter. Journal of Physics G. 2020, 47 (3): 03LT01. Bibcode:2020JPhG...47cLT01B. S2CID 210861179. arXiv:2001.08654可免費查閱. doi:10.1088/1361-6471/ab67e8. 
  58. ^ Physicists Think We Might Have a New, Exciting Dark Matter Candidate. 4 March 2020. 
  59. ^ Did this newfound particle form the universe's dark matter?. Space.com. 5 March 2020. 
  60. ^ Nuñez V., M.; Lerma H., S.; Hess, P. O.; Jesgarz, S.; Civitarese, O.; Reboiro, M. Modeling pentaquark and heptaquark states. Physical Review C. 23 August 2004, 70 (2). arXiv:nucl-th/0405052可免費查閱. doi:10.1103/PhysRevC.70.025201. 
  61. ^ Park, Aaron; Park, Woosung; Lee, Su Houng. Heptaquarks with two heavy antiquarks in a simple chromomagnetic model. Physical Review D. 30 August 2017, 96 (3): 034029. ISSN 2470-0010. arXiv:1706.10025可免費查閱. doi:10.1103/PhysRevD.96.034029. 
  62. ^ G.R. Farrar. Detecting Gluino-Containing Hadrons. Physical Review Letters. 1996, 76 (22): 4111–4114. Bibcode:1996PhRvL..76.4111F. PMID 10061204. arXiv:hep-ph/9603271可免費查閱. doi:10.1103/PhysRevLett.76.4111. 
  63. ^ D. Chung, G.R. Farrar, E.W. Kolb. Are ultrahigh energy cosmic rays signals of supersymmetry?. Physical Review D. 1998, 57 (8): 4606. Bibcode:1998PhRvD..57.4606C. arXiv:astro-ph/9707036可免費查閱. doi:10.1103/PhysRevD.57.4606. 
  64. ^ I.F.M. Albuquerque, G. Farrar, E.W. Kolb. Exotic massive hadrons and ultra-high energy cosmic rays. Physical Review D. 1999, 59: 015021. Bibcode:1999PhRvD..59a5021A. arXiv:hep-ph/9805288可免費查閱. doi:10.1103/PhysRevD.59.015021. 
  65. ^ Knecht, A.; Skawran, A.; Vogiatzi, S. M. Study of nuclear properties with muonic atoms. The European Physical Journal Plus. 2020, 135 (10). ISSN 2190-5444. doi:10.1140/epjp/s13360-020-00777-y. 
  66. ^ Fleming, Donald G.; Arseneau, Donald J.; Sukhorukov, Oleksandr; Brewer, Jess H.; Mielke, Steven L.; Schatz, George C.; Garrett, Bruce C.; Peterson, Kirk A.; Truhlar, Donald G. Kinetic Isotope Effects for the Reactions of Muonic Helium and Muonium with H2. Science. 2011-01-28, 331 (6016): 448–450. ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.1199421. 
  67. ^ Majorana, Ettore; Maiani, Luciano. A symmetric theory of electrons and positrons. Bassani, Giuseppe Franco (編). Ettore Majorana Scientific Papers. 2006: 201–33. ISBN 978-3-540-48091-4. doi:10.1007/978-3-540-48095-2_10.  Translated from: Majorana, Ettore. Teoria simmetrica dell'elettrone e del positrone. Il Nuovo Cimento. 1937, 14 (4): 171–84. Bibcode:1937NCim...14..171M. doi:10.1007/bf02961314 (意大利語). 
  68. ^ Alexander, S; C. Laermans; R. Orbach; H.M. Rosenberg. Fracton interpretation of vibrational properties of cross-linked polymers, glasses, and irradiated quartz. Physical Review B. 15 October 1983, 28 (8): 4615–4619. Bibcode:1983PhRvB..28.4615A. doi:10.1103/physrevb.28.4615. 
  69. ^ Azcona, P. Martínez; Downing, C. A. Doublons, topology and interactions in a one-dimensional lattice. Scientific Reports. 2021-06-15, 11 (1) [2025-03-12]. ISSN 2045-2322. PMC 8206211可免費查閱. PMID 34131200. doi:10.1038/s41598-021-91778-z. (原始內容存檔於2025-03-12) (英語). 
  70. ^ S.A. Kivelson and D.S. Rokhsar; et al. Bogoliubov quasiparticles,spinons,and spincharge decoupling in superconductors.. Phys. Rev. B. 1990, 41: 11693 [2019-04-16]. (原始內容存檔於2020-08-29). 
  71. ^ Wooten, Brandi L.; Iguchi, Ryo; Tang, Ping; Kang, Joon Sang; Uchida, Ken-ichi; Bauer, Gerrit; Heremans, Joseph P. Electric field-dependent phonon spectrum and heat conduction in ferroelectrics. Science Advances. 2023-02-03, 9 (5): eadd7194. ISSN 2375-2548. PMC 9891688可免費查閱. PMID 36724270. doi:10.1126/sciadv.add7194 (英語). 
  72. ^ McGaughey, Alan. Relaxons Heat Up Thermal Transport. Physics. 2016-10-17, 9: 118 [2025-03-12]. arXiv:1603.02608可免費查閱. doi:10.1103/PhysRevX.6.041013. (原始內容存檔於2025-03-12) (英語). 
  73. ^ J. Schlappa,K. Wohlfeld,K. J. Zhou,M. Mourigal,M. W. Haverkort,V. N. Strocov,L. Hozoi,C. Monney,S. Nishimoto,S. Singh,A. Revcolevschi,J.-S. Caux,L. Patthey,H. M. Rønnow,J. van den Brink,and T. Schmitt;. Spin-orbital separation in the quasi-one-dimensional Mott insulator Sr2CuO3. Nature, Advance Online Publication. 2012-04-18 [2012-07-01]. doi:10.1038/nature10974. (原始內容存檔於2019-12-11). 
  74. ^ Jun-Qing Cheng, Jun Li, Zijian Xiong, Han-Qing Wu, Anders W. Sandvik & Dao-Xin Yao;. Fractional and composite excitations of antiferromagnetic quantum spin trimer chains. npj Quantum Materials volume 7. 2022-01-11 [2025-03-12]. (原始內容存檔於2025-03-12). 
  75. ^ Drost, Robert; Kezilebieke, Shawulienu; Lado, Jose L.; Liljeroth, Peter. Real-Space Imaging of Triplon Excitations in Engineered Quantum Magnets (PDF). Physical Review Letters. 2023-08-22, 131 (8): 086701. PMID 37683177. S2CID 256194268. doi:10.1103/PhysRevLett.131.086701. 
  76. ^ Clara Moskowitz. Meet the Dropleton—a "Quantum Droplet" That Acts Like a Liquid. Scientific American. 26 February 2014 [26 February 2014]. (原始內容存檔於2019-02-09). 
  77. ^ Introducing the Phoniton: a tool for controlling sound at the quantum level. University of Maryland Department of Physics. [26 Feb 2014]. (原始內容存檔於2019-04-27). 
  78. ^ Manipulating type-I and type-II Dirac polaritons in cavity-embedded honeycomb metasurfaces. Nature Communicationsvolume 9. 2018, 9: 2194 (2018). 
  79. ^ Fingerprinting Rotons in a Dipolar Condensate: Super-Poissonian Peak in the Atom-Number Fluctuations. Phys. Rev. Lett. 26 June 2013, 110: 265302. Bibcode:2013PhRvL.110z5302B. arXiv:1304.3605可免費查閱. doi:10.1103/PhysRevLett.110.265302. 
  80. ^ Georgiev, Danko D.; Glazebrook, James F. On the quantum dynamics of Davydov solitons in protein α-helices. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2019, 517: 257–269. MR 3880179. arXiv:1811.05886可免費查閱. doi:10.1016/j.physa.2018.11.026. 
  81. ^ Schmidt, Richard; Lemeshko, Mikhail. Rotation of Quantum Impurities in the Presence of a Many-Body Environment. Physical Review Letters. 18 May 2015, 114 (20): 203001. Bibcode:2015PhRvL.114t3001S. PMID 26047225. S2CID 9111150. arXiv:1502.03447可免費查閱. doi:10.1103/PhysRevLett.114.203001. 
  82. ^ Angell, C.A.; Rao, K.J. Configurational excitations in condensed matter, and "bond lattice" model for the liquid-glass transition. J. Chem. Phys. 1972, 57 (1): 470–481. Bibcode:1972JChPh..57..470A. doi:10.1063/1.1677987. 
  83. ^ M. Li,Y. Tsurimaki,Q. Meng,N. Andrejevic,Y. Zhu,G. D. Mahan,and G. Chen,"Theory of electron-phonon-dislon interacting system - toward a quantized theory of dislocations", New J. Phys. (2017) http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/aaa383/meta頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  84. ^ Saeed, Imran; Pak, Hyuk Kyu; Tlusty, Tsvi. Quasiparticles, flat bands and the melting of hydrodynamic matter. Nature Physics. 2023-01-26, 19 (4): 536–544 [2025-03-12]. Bibcode:2023NatPh..19..536S. ISSN 1745-2481. S2CID 247749037. arXiv:2203.13615可免費查閱. doi:10.1038/s41567-022-01893-5. (原始內容存檔於2025-03-12) (英語). 
  85. ^ Minimal-excitation states for electron quantum optics using levitons. Nature. 31 October 2013. Bibcode:2013Natur.502..659D. doi:10.1038/nature12713. 
  86. ^ "Hydrodynamics of icosahedral quasicrystals" Phys. Rev. B 32,7444–7452 (1985)頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  87. ^ Johnson, Hamish. Introducing the 'wrinklon'. Physics World. [26 Feb 2014]. (原始內容存檔於2016-08-12). 
  88. ^ Meng, Lan; Su,Ying; Geng,Dechao; Yu,Gui; Liu,Yunqi; Dou,Rui-Fen; Nie,Jia-Cai; He,Lin. Hierarchy of graphene wrinkles induced by thermal strain engineering. Applied Physics Letters. 2516, 103 (25): 251610 [22 March 2014]. Bibcode:2013ApPhL.103y1610M. arXiv:1306.0171可免費查閱. doi:10.1063/1.4857115. (原始內容存檔於2015-09-24). 
  89. ^ Nature Physics 5, 693 - 696 (2009) Published online: 26 July 2009 | doi:10.1038/nphys1341,Bob Nagler,Ulf Zastrau,Roland R. Fäustlin,Sam M. Vinko,Thomas Whitcher,A. J. Nelson,Turning solid aluminium transparent by intense soft X-ray photoionization
  90. ^ X. Chen, Z.-C. Gu, Z.-X. Liu, X.-G. Wen. Symmetry-Protected Topological Orders in Interacting Bosonic Systems. Science, 2012; 338 (6114): 1604 DOI: 10.1126/science.1227224
  91. ^ Griffin, Andrew. Scientists observe liquid with 'negative mass', which turns physics completely backwards需要付費訂閱. The Independent. 2017-04-20 [2020-12-11]. (原始內容存檔於18 June 2022). 
  92. ^ Mortillaro, Nicole. Scientists create fluid that seems to defy physics:'Negative mass' reacts opposite to any known physical property we know. CBC News. 2017-04-20 [2020-12-11]. 
  93. ^ G. A. Benford, D. L. Book, and W. A. Newcomb. The Tachyonic Antitelephone. Physical Review D. 1970, 2: 263. Bibcode:1970PhRvD...2..263B. doi:10.1103/PhysRevD.2.263 (英語). 
  94. ^ Scientists turn table salt into forbidden compounds that violate textbook rules. Gizmag.com. 21 January 2014 [2014-01-21]. (原始內容存檔於22 January 2014). 
  95. ^ Zhang, W.; Oganov, A. R.; Goncharov, A. F.; Zhu, Q.; Boulfelfel, S. E.; Lyakhov, A. O.; Stavrou, E.; Somayazulu, M.; Prakapenka, V. B.; Konôpková, Z. Unexpected Stable Stoichiometries of Sodium Chlorides. Science. 2013, 342 (6165): 1502–1505. Bibcode:2013Sci...342.1502Z. PMID 24357316. S2CID 15298372. arXiv:1310.7674可免費查閱. doi:10.1126/science.1244989.