苏报讯（记者 瞿雨凡）中国科学技术大学苏州高等研究院联合香港大学、东方理工大学、苏州大学在拓扑与量子物理前沿做出重大发现。中国科大苏州高等研究院蒋建华教授团队与香港大学张霜教授、东方理工大学余雪佳教授、苏州大学孔泽霖博士等合作，利用声子晶体系统首次观测到无能隙临界拓扑态，实现“从0到1”的突破。近日，该工作以“Experimentalobservationofcriticaltopology”为题，发表在国际顶级学术期刊《自然》。

拓扑物理和量子物理是现代物理关键前沿领域。二者的结合产生了拓扑物态、拓扑相变等丰富的物理现象。长期以来，人们普遍认为有限的能隙是产生拓扑物态的基本条件。近年来，一些理论提出了无能隙的临界拓扑态的概念，并预言了一些系统可以出现传统拓扑理论无法描述的无能隙临界拓扑态。然而，这些概念和理论始终没有被实验证实，因此一直游离在主流拓扑物理之外。

联合团队基于独特的声子测量方式（2024年由蒋建华教授团队提出），实现了对纠缠熵和纠缠谱的测量。由于临界拓扑态不具有能隙，传统理论和实验方法都无法测量和表征系统的拓扑性质。而纠缠谱不受是否存在能隙的限制，几乎成了表征临界拓扑态的唯一可靠方法。利用该方法，联合团队实现对临界拓扑态的测量和表征，并发现拓扑导致的多临界现象，提升了对相变和临界现象的深刻认识。

此外，之前对临界拓扑态的理论研究主要集中在一维系统中，二维及更高维的系统几乎没有研究。联合团队通过拓扑声子晶体设计，实现了二维系统的临界拓扑态，并在实验中直接观测到其存在，因此成功地将临界拓扑态扩展到了二维系统中。

值得一提的是，虽然半金属也是无能隙拓扑态，半金属的拓扑必须定义在有能隙的希尔伯特子空间中，因此和临界拓扑态存在本质的区别。此项研究明确地表明拓扑物理可以出现在无能隙的希尔伯特空间，对应的拓扑边界态构成一种连续谱中的拓扑局域态，在光学和声学系统中具有重要的应用价值。在基础科学层面，临界拓扑态表明量子临界点可能具有拓扑特性（简而言之，量子相变也可以具有拓扑特性），甚至可以用拓扑指标来分类量子临界点，从而深化对相变和临界现象的理解。