拓扑学范畴或对外表在不同维度上怎么体现的研讨，深刻地影响了当时对物质的了解。最首要的比如是拓扑绝缘体，它只在外表导电，而在内部彻底绝缘。拓扑绝缘子的行为类似于金属，即外表上的银，但在内部，它的行为就像玻璃。这些特点是运用电子的导电性或活动来界说的，这些电子描绘了它们的运动是否有高速公路或路障。拓扑绝缘体未来使用的一个首要驱动要素是自旋电子器件范畴。由于这些电子一致地自旋，一切电子都在外表活动时互相对齐。
现在，电气和计算机工程研讨人员初次提出：这种相同的电子电导率会影响原子物质内部光的拓扑特点。普渡大学电气和计算机工程副教授祖宾·雅各布标明：研讨标明，物质或许存在一种新的拓扑相，光只在原子资料的边际活动，而不在原子资料内部活动。或许存在一些十分特别的资料，具有这种共同的光子特性，这便是物质的量子自旋电相。物质这一相的另一个要害界说性质是被称为“光子斯格明子”的拓扑激起。在传统的磁铁中，电子自旋能够被认为是彼此对准或反对准的细小箭头。
与之构成鲜明对比的是：斯格明子是自旋激起，显示出自旋共同的翻滚行为，对影响十分安稳，可用于自旋电子开关和存储器。量子自旋电相在光波的能量动量空间中承载着斯格明子，能够用作这种物质相的确凿证据。这种资料能够经过“掺杂”或改动现有资料的原子结构来组成，寻觅这一相的好地方是在二维资猜中，如石墨烯。Jacob和博士生Todd Van Mechelen在《光学资料快报》宣布了一系列四篇研讨论文，提出了物质这一相的理论。
未来的研讨将探究掺杂二维资料以完成量子自旋电相，并研讨光波怎么在资料的边际传达。经过使用狄拉克-麦克斯韦对应，研讨引入了适用于光子晶体、超资料和二维资料的光子狄拉克单极子概念。从探究真空开端，在真空中，麦克斯韦方程和狄拉克方程(Weyl方程)的倒数动量空间都具有磁单极子。最要害的区别是磁性单极电荷的实质，它关于光子来说是整数值，关于电子来说是半整数。这种固有的差异直接与自旋有关，并终究与玻色子或费米子行为相连。
研讨还展现了光子狄拉克弦的存在，这是底层Berry标准势中的线奇点。尽管真空中的结果是直观预期的，但结果是将这种拓扑狄拉克-麦克斯韦对应使用于二维光子(玻色子)资料，而不是传统的电子(费米子)资料。风趣的是，在色散物质中，光子狄拉克单极的存在是由非局域量子霍尔电导率(即时空色散的回电常数)捕获。关于二维光子和电子介质，拓扑相出现在具有破缺时刻回转对称性的大质量粒子下。研讨提醒了新提出的物质量子自旋电相，以及光子自旋量子化在拓扑玻色相中的根本效果。
博科园｜文：Emil Venere/phys
参阅期刊《光学资料快报》
DOI: 10.1364/OME.9.000095
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