模式壳对应原理——拓扑物理中的统一相空间理论:第二部分:更高维谱不变量
介观与纳米尺度物理
2025-07-03 v3
摘要
模式壳对应原理将相空间中无带隙模式的数量与定义在包围这些模式的靠近表面——壳——上的拓扑壳不变量相关,即。在第一部分中,我们为手对称哈密顿量的零模(属于AIII对称类)介绍了模式壳对应原理。在第二部分中,我们将该对应原理扩展至任意维度以及对称类A和AIII。这使得我们能够在同一形式下包含Chern绝缘体的1维单向边缘模式、2维Dirac和3维Weyl锥。我们提供了一个仅依赖于无带隙模式色散关系维数的表达式,且无需平移对称性。随后,我们表明,必须为在相空间中分布无带隙模式的壳(圆、球、环面)的拓扑性质,导致壳指数的特定表达式。还推导出这些壳指数的半经典表达式,分别归约为Chern数或缠绕数,取决于模式维数的奇偶性。通过这种方式,模式壳对应原理为任意维度、以及特别是包括bulk-boundary对应关系在内的体和边界无带隙模式提供了统一且系统的拓扑描述。我们通过分析半金属和绝缘体的多个模型(在晶格和连续介面上),以及讨论弱及更高阶拓扑相于该框架内。尽管本文是对第一部分的延续,内容仍足够独立,可单独阅读。
引用
@article{arxiv.2501.13550,
title = {Mode-Shell correspondence, a unifying phase space theory in topological physics -- part II: Higher-dimensional spectral invariants},
author = {Lucien Jezequel and Pierre Delplace},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.13550},
year = {2025}
}