物质的多拓扑相

拓扑物相和拓扑边界态的发现对凝聚态物理和光子学产生了巨大影响，其中拓扑相通过能带定义，催生了拓扑能带理论。然而，无法用能带拓扑描述但仍支持非平凡边界态的拓扑系统却鲜为人知且在很大程度上未被探索。在此，我们揭示了一种称为“多拓扑相”（MTP）的新型拓扑物相，它具有多组边界态，每组边界态与一个不同的拓扑不变量相关联。与传统的拓扑相变不同，MTP相变可以在不关闭带隙的情况下发生。我们给出了一维拓扑绝缘体和二维高阶拓扑绝缘体中MTP的典型例子，根据能带拓扑，这些系统原本是平庸的。此外，MTP还可以存在于间接带隙陈绝缘体中，超越了传统体-边界对应性预测边界态存在的范畴。在实验上，我们在激光写入的光子晶格中演示了前两个MTP例子。我们的发现构成了拓扑物理学的一项根本性进展，并为设计新型拓扑材料提供了途径。