三维玻色拓扑绝缘体的物理：表面去禁闭临界性与量子化磁电效应

我们讨论了在 D=3+1 维中受时间反演和/或电荷守恒等内部对称性保护的玻色子“整数”拓扑相的物理性质。这些相从根本上涉及相互作用，但不具备拓扑序，是自由费米子拓扑绝缘体和超导体的玻色子类比。虽然最近发现了基于上同调的形式分类，但其物理性质仍然神秘。在此，我们发展了几种此类状态的场论描述，并表明它们具有异常的表面态；如果这些表面态是有能隙的，则必须要么破坏底层对称性，要么发展出拓扑序。在后一种情况下，对称性的实现方式在严格的二维理论中是被禁止的。虽然这是表面态的通常命运，但也可以实现奇特的无能隙态。例如，调节参数可以自然地导致去禁闭量子临界点，或者在其他情况下导致完全对称的涡旋金属相。我们讨论了拓扑相以量子化磁电响应$\theta$为特征的情况，令人惊讶的是，该响应是$2\pi$的奇数倍。两种不同的表面理论被证明可以捕捉这些现象——第一种是带有拓扑项的非线性$\sigma$模型。第二种 invoking 了在对称群投影表示下变换的表面涡旋。我们确定了一个与这些性质一致的体场论，这是一个多分量'BF'理论，关键地补充了一个拓扑项。我们还讨论了一种可能以磁电效应的热类比为特征的拓扑相。