利用高阶拓扑荷动态表征拓扑相

我们提出一种通过引入高阶拓扑荷概念、用非平衡量子动力学表征平衡拓扑相的新理论，并预言了新颖现象。通过降维方法，我们可以用由高阶拓扑荷量化的低维拓扑数来表征$d$维（$d$D）整数不变拓扑相，其中第$s$阶拓扑荷表示限制在$(s-1)$阶能带反转面（BISs）上的单极子，而BISs是$(d-s+1)$D动量子空间。体拓扑由第$s$阶BISs所包围的第$s$阶拓扑荷决定。通过将系统从平庸相淬灭到拓扑区，我们表明后淬灭哈密顿量的体拓扑可通过高阶动力学体-面对应关系来探测，其中高阶拓扑荷和高阶BISs均由淬灭动力学识别。该表征理论在两方面具有本质优势。首先，最高（$d$阶）拓扑荷仅由零维（即第$0$阶陈数）自旋极化的离散符号表征，其测量比由高维空间中连续电荷相关自旋纹理表征的$1$阶拓扑荷容易得多。其次，更引人注目的结果是，一阶高整数值拓扑荷总是可约化为多个具有单位电荷值的最高阶拓扑荷，而后者可在实验中轻易探测。这两个基本特征极大简化了拓扑荷及拓扑相的表征与探测，将推动近期的实验研究。