刘俊明

拓扑畴缺陷输给了维度？

刘俊明

俗话说：爱美之心，人皆有之。科学家可能尤其如此。物理学家爱物理之美而非佳人之美，大概是因为美人背后有很多“负”作用。物理之美纯粹而局域，在养眼之外还可以被翻来覆去：“推一推、敲一敲”美其名“推敲”，“召之即来、挥之即去”美其名“兴趣”，“最爱湖东行不足，绿杨阴里白沙堤”美其名“爱好”。物理之美首先在视觉、其次在运用、最高在构造。以笔者“坐井观天”之视野，信手拈来几幅视觉余香，如图1所示。物理人如果爱美，一旦视觉上享受到这些精美绝伦（其实经过PS加工）的实验现象，就会有不可遏止的欲望去一探究竟。这是自然科学发展的原动力，特别是在一百年前那些富有的“纨绔子弟”如薛定谔等把玩引领物理学的时代。

FIG.1(a)：铁电或铁磁系统Bloch畴壁处自发形成的拓扑畴缺陷—沿 t方向伸展的 Ising line(https://www.fzu.cz/ sites/default/files/images/gallery)。(b)：磁铁矿石中的热磁畴图像，可用于鉴定其年龄 (http://images.iop. org/objects/phw/news/20/4/21/)。(c)：ErMnO3中铁电畴的PFM形貌，衬度表示面外极化里外方向不同(https: //s-media-cache-ak0.pinimg.com/736x/7d/da/fc/)。

这些图像有一个共同的名字：实空间拓扑畴缺陷。它们在实空间微观结构和动量空间能带结构之外附加了一点点新的元素：拓扑保护性。我实际上并不知道这一特性的确切表现，但是有一点：外场作用下，畴节点或者core区域可以保持很高稳定性而不移动或不消失，虽然各个畴形貌、大小依然会潮起潮落、此起彼伏，与常规畴结构演化特征并无二致。如果一定要用一种特定语言去描述这种拓扑畴缺陷，大家比较公认的名称是：vortex-antivortex缺陷对，笔者在以前的专栏文章中对此有所涉及（当拓扑已成家常—Ising专栏，http://mp.weixin.qq.com/）。……