用于物质拓扑电磁相的粘性麦克斯韦 - 陈 - 西蒙斯理论

我们提出了物质拓扑电磁相的基本模型：粘性麦克斯韦 - 陈 - 西蒙斯理论。我们的模型适用于具有粘性的量子霍尔流体。我们求解了连续介质和晶格正则化系统，证明这是耦合到量子霍尔流体的电磁波所具有的最小（完全可解）规范理论，且具有非平凡的光子陈数（$C\neq 0$）。对称性与拓扑的相互作用也通过布里渊区高对称点处光子斯格明子（skyrmion）的自旋 -1 表示得以捕捉。为了严格分析拓扑物理，我们引入了粘性麦克斯韦 - 陈 - 西蒙斯拉格朗日量，并从最小作用量原理推导了运动方程及边界条件。我们发现了拓扑保护的手性（单向）边缘态，这些态使表面变分最小化，对应于仅需无穷小能量的无质量光子激发。在物理上，我们预测的电磁相与整数量子霍尔流体中的动态光子质量相关联。这源于粘性（非局域）霍尔电导率，我们将非局域陈 - 西蒙斯耦合识别为霍尔粘度。当霍尔粘度抑制总体态霍尔响应时，该电磁相具有拓扑非平凡性 $C\neq 0$。我们的工作弥合了电磁学与凝聚态拓扑物理之间的差距，同时展示了自旋 -1 量子化在非平凡光子相中的核心作用。