2025年11月3日，北京大学物理学院学术论坛（第六十八讲）在物理学院思源多功能厅成功举办。本次论坛特邀德国马克斯·普朗克复杂系统物理研究所所长Roderich Moessner教授作主题为“拓扑物理是遮蔽器也是显微镜”（Topological physics as censor, and as microscope）的学术报告。论坛由北京大学物理学院量子材料科学中心陈钢教授主持。

陈钢主持

Roderich Moessner讲述“拓扑物理是遮蔽器也是显微镜”

拓扑凝聚态物质对外部局域扰动具有强抵抗能力，导致内部局部信息难以直接探测。这一现象由 Moessner 教授称之为拓扑遮蔽。这种局域信息与拓扑物理的矛盾催生了诸多特殊现象，引出核心疑问：拓扑体系中仍有哪些微观秘密未被揭示？Moessner 教授在报告中从两个不同角度给出了深入阐释。

首先，Moessner 教授探讨了量子霍尔效应的微观机制。极低温强磁场下，部分二维材料电子的霍尔电阻会呈现量子化平台，其数值严格正比于基本物理常数组合 ，这种不依赖材料细节的特性正是拓扑遮蔽的体现。而无需外磁场、依靠自身拓扑特性实现的反常量子霍尔效应，在陈绝缘体中尤为典型，但长期以来，其电流分布位置始终是未解之谜。

传统理论认为，拓扑保护的量子化输运应局限于材料边缘的狭窄通道，但高精度局域探测技术的进步推翻了这一认知。实验发现陈绝缘体的电流路径兼具边缘局域与体区分布两种模式。Moessner 教授通过理论建模证实，电流可形成宽展且蜿蜒的传导通道，甚至深入材料内部，其形态可通过门电压或化学环境调控。在弱无序与抛物线型势阱的共同作用下，电流通道宽度由陈能带宽度与势阱梯度的竞争决定，随电子密度变化可实现从边缘态到体态主导输运的转变。

随后，Moessner 教授聚焦自旋冰体系的分数化激发运动。自旋冰因电子自旋遵循冰规则得名，其内部的磁单极子分数化激发，使其成为研究拓扑约束与多体动力学的理想平台。但在经典自旋冰材料Dy₂Ti₂O₇中，与三维扩散现象不同的是，磁单极子运动呈现反常特征：低频磁噪声谱为分数幂律行为，磁弛豫时间随温度降低异常发散，传统扩散模型无法解释这一难题。

Moessner 教授发现该体系与经典渗流问题的深刻关联，提出了创新性理论。渗流问题研究流体在无序介质中的连通通道形成，临界点附近具有标度行为与分形特征。类比可知，尽管 Dy₂Ti₂O₇晶体纯净，但磁单极子运动受双重约束：自旋背景诱导的规范场与材料内部局域横向场分布，二者共同构成动力学分形结构，接近三维渗流临界状态。磁单极子只能沿该分形迷宫迁移，呈现亚扩散特征，既非自由扩散也非完全局域，这一机制完美解释了磁噪声幂律行为与弛豫时间异常发散的现象。

Moessner 教授在报告中强调，拓扑遮蔽并非物理内容的缺失，而是揭示微观结构多样性与丰富性的显微镜。陈绝缘体中可调控的蜿蜒电流通道、自旋冰中受困于分形路径的磁单极子运动，均展现了拓扑保护下微观输运机制的深刻复杂性。

报告结束后，现场师生围绕陈绝缘体中电荷密度与库伦相互作用对电流分布的影响、量子自旋冰的分数激发等核心议题，展开了深入讨论。

互动交流

陈钢对Roderich Moessner的精彩报告表示衷心感谢，并代表北京大学物理学院向其颁发了纪念证书。

陈钢为Roderich Moessner颁发纪念证书

本期论坛线上、线下同步进行，通过蔻享学术平台观看直播的观众逾5600人次。北京大学量子材料科学中心徐莉梅教授、王楠林教授、施均仁教授、Shindo Ryuichi副教授，以及中国人民大学物理学院俞榕教授等现场出席报告会，40余位学生到场参与交流。

报告现场

报告人简介：Roderich Moessner教授是世界著名的理论物理学家，在凝聚态物理多个领域作出了重要的贡献。他以其对“自旋冰”材料中演生磁单极子的开创性预言而闻名于世，其一系列理论工作深刻影响了该领域的发展，包括预言量子霍尔体系中的电荷密度波相、揭示了烧绿石晶格上的经典自旋液体相、发现三角晶格量子二聚体模型中的共振价键自旋液体态，并提出新型时空有序相——π自旋玻璃（即离散时间晶体），后者已在谷歌“悬铃木”量子计算机上获实验验证。此外，他与伯克利Joel Moore合著的《Topological Phases of Matter》已成为该领域的经典著作。作为一位杰出的导师，他培养了一代理论物理学者，其众多学生博后如今已在国内外顶尖学府承担科研工作。

Roderich Moessner教授于牛津大学赫特福德学院完成本科学习，并在同校师从John Chalker教授获得理论物理博士学位。在普林斯顿大学完成博士后研究后，他先后任职于法国国家科学研究中心、牛津大学萨默维尔学院与理论物理系。现任德国马克斯·普朗克复杂系统物理研究所所长及马克斯·普朗克学会科学会员。其卓越成就荣获了包括欧洲物理学会奖（2012）和德国研究联合会莱布尼茨奖（2013）在内的多项国际顶级奖项。

北京大学物理学院学术论坛：北京大学物理学院学术论坛创办于2020年9月，邀请国内外高校和研究机构高层次科技创新领军学者就物理学及相关领域的基础前沿探索、关键技术突破和热点问题等做学术演讲，旨在推进高质量学术交流，促进学科交叉融合和开拓新兴特色方向研究，培养具有科学精神、全球视野、创新能力、批判性思维的优秀青年人才。

供稿：赵鹏威

摄影：李晓敏

审核：陈钢、杨振伟