光子狄拉克单极与斯格明子：自旋-1 量子化

我们利用 Dirac-Maxwell 对应，引入适用于光子晶体、超材料和二维材料的光子狄拉克单极概念。我们首先探索真空，其中 Maxwell 方程和无质量 Dirac 方程（Weyl 方程）的动量倒空间都具有一个磁单极。关键区别在于磁单极电荷的性质：光子的为整数值，而电子的为半整数。这种内在差异直接与自旋相关，并最终联系到玻色或费米行为。我们还展示了光子狄拉克弦的存在，它们是底层 Berry 规范势中的线奇异性。虽然真空中的结果在直觉上可预期，我们的核心结果是将这一拓扑 Dirac-Maxwell 对应应用于二维光子（玻色）材料，而非传统的电子（费米）材料。有趣的是，在色散物质内，光子狄拉克单极的存在由非局域量子霍尔电导——即时空色散旋电常数——所刻画。对于二维光子和电子介质，非平凡拓扑相均出现在具有破缺时间反演对称性的有质量粒子语境中。然而，这些玻色和费米 Chern 绝缘体的体动力学分别由动量空间中的自旋-1 和自旋-1/2 斯格明子刻画，它们具有根本不同的诠释。这体现在它们对比鲜明的自旋-1 和自旋-1/2 螺旋量子化边缘态中。我们的工作阐明了最近提出的物质量子旋电相以及光子自旋量子化在拓扑玻色相中的本质作用。