الإثارة الطوبولوجية هي سمات معينة للحلول الكلاسيكية لنظريات مجال القياس، وهي نظرية مجال القياس على مشعب مع مجموعة قياس قد تمتلك حلولًا كلاسيكية مع ثابت طوبولوجي كمي يسمى “الشحنة الطوبولوجية”.
الإثارات الطوبولوجية ودورها في فيزياء الكم
- يشير مصطلح الإثارة الطوبولوجية بشكل خاص إلى حالة تكون فيها الشحنة الطوبولوجية جزءًا لا يتجزأ من كمية محلية.
- أمثلة على الإثارات الطوبولوجية
1- و في الشحنة الطوبولوجية تسمى “التدفق المغناطيسي“.
2- و في الشحنة الطوبولوجية وتسمى “الشحنة المغناطيسية”.
- ويكاد يكون مفهوم الإثارة الطوبولوجية مرادفًا لمفهوم الخلل الطوبولوجي.
المحاكاة الضوئية للإثارة الطوبولوجية في المواد الخارقة
- جذبت أنظمة المادة المكثفة ذات الترتيب الطوبولوجي والمواد الخارقة ذات التسلسل الأيسر اهتمامًا واسعًا مؤخرًا في مجالات الفيزياء والبصريات، وحتى الآن يعتبر الترتيب الطوبولوجي وشرالية للموجة الكهرومغناطيسية مفهومين مستقلين ولا يوجد عمل لمعالجة اتصالهما.
- حيث تم اقتراح إنشاء العلاقة بين الترتيب الطوبولوجي في أنظمة المادة المكثفة والتشرد في المواد الفوقية، من خلال تعيين “معادلات ماكسويل” صراحةً لـ “معادلة ديراك” في بُعد واحد.
- وتم ابلاغ عن تنفيذ تجريبي لانقلاب النطاق في “معادلة ديراك”، والذي يصاحب تغيير تماثل الموجة الكهرومغناطيسية في المواد الفوقية وأول قياس بالميكروويف للإثارة الطوبولوجية والمراحل الطوبولوجية في بُعد واحد.
- توفر “معادلة ديراك” وصفًا لميكانيكا الكم النسبية للجسيم، والذي يسبق اكتشاف البوزيترون، وهو جسيم مضاد للإلكترون في فيزياء الطاقة العالية، وله أيضًا تطبيقات واسعة في المسائل المكثفة مثل: الجرافين والعوازل الطوبولوجية.
- في السنوات الأخيرة، تم إدراك أنه مفتاح لفهم الأطوار الطوبولوجية من واحد إلى ثلاثة أبعاد ومن العوازل إلى الموصلات الفائقة أو السوائل الفائقة.
- ومن ناحية أخرى، تشكل “معادلات ماكسويل” أسس الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية والبصريات الحديثة، وتجعل التقنيات الحديثة وعلوم المواد من الممكن التحكم بدقة في النقل الفوتوني في المواد الخارقة، مثل: الانكسار السالب، والإخفاء الكهرومغناطيسي، والتماسك الناجم عن التركيب وتقليد الثقوب السوداء الضوئية.
- سيكون من الأهمية بمكان ربط المواد الفوقية بالظواهر الطوبولوجية في المسائل المكثفة وميكانيكا الكم النسبية.