材料物理和统计物理方向

• 代表性成果简介：

  拓扑物理是基础物理研究的核心前沿之一，是超越朗道相变理论的新物理范式，历史上曾三次获得诺贝尔奖的表彰。过去四十年来，拓扑物理理论得到了丰富的发展，而拓扑物理实验很多情况下却受限于低温条件，影响了拓扑材料和应用的发展。

  为解决以上问题，蒋建华团队利用人工结构中的光子和声子系统，取得了拓扑物理研究的一系列突破。由于光子和声子是天然的非平衡系统，不受平衡态分布的限制，因此可以在室温下实现很多重要的拓扑物理现象。例如，蒋建华团队利用光子系统展示了一种全新的拓扑物理研究范式：通过缺陷表征拓扑材料的性质，并首次实验验证了“拓扑体-缺陷对应关系”(论文发表于Nature 2021)。这一发现揭示了一种现象级的新颖拓扑物理效应，它平行于此前四十年被广泛研究的“拓扑体-边对应关系”，对于拓扑物理和拓扑材料的研究具有极其重要的价值。2022年蒋建华团队进一步在实验上发现了螺位错导致的“拓扑Wannier循环”(Nature Materials 2022)，这一新颖现象的发现标志着“拓扑体-缺陷对应关系”的研究进入一个新的阶段。

  在其它方面，蒋建华与合作团队在2019年与国际同行第一批实现了声波系统的高阶拓扑绝缘体，并发现了其中几何参数控制的多维度拓扑相变(Nature Physics 2019)，揭开了高阶拓扑态研究的重要序章。2020年蒋建华团队首次提出高阶外尔半金属的概念(PRL 2020)。高阶外尔半金属是一种新的拓扑物质态，它同时具有外尔半金属和高阶拓扑的物理特征，并且将这二者完美的融合在同一个材料中。蒋建华团队利用声子系统实现了高阶外尔半金属的首次实验验证(Nature Materials 2021)。另外，蒋建华团队实现了非阿贝尔拓扑半金属拓扑相变的首个实验观测，并证实了新的非阿贝尔拓扑物理量(Nature Physics 2021)。非阿贝尔拓扑半金属把拓扑物理研究从过去几十年来单一带隙的传统范畴扩展到多带隙拓扑的新范畴，从而为拓扑物理研究开拓了新的疆域和前沿。

  在统计物理方面，蒋建华团队在非弹性热电效应研究方面做出了原创性的贡献。提出的理论奠定了相关问题研究的基础，并首次提出线性热三极管效应以及非弹性热力学过程的概念。在一般性非平衡热力学理论方面，蒋建华提出了能量转换的最优效率和最大功率之间的权衡关系(power-efficiency trade-off relations)，受到广泛认可。此外，蒋建华与合作者推导出了量子热机效率涨落的一般性理论，提出了普遍性的能量合作效应的原理。