拓扑物理已成为凝聚态物理的重要研究范式，并推动了低耗散电子输运、自旋电子学和拓扑量子器件等应用方向的发展。近年来，这一思想正被拓展到等离子体等连续介质波动体系。由于连续介质等离子体通常不存在紧致布里渊区，传统能带拓扑方法难以直接适用。如何在非均匀、非紧致及含弱耗散体系中建立拓扑描述框架，是当前拓扑等离子体物理中的重要问题。
本研究以屏蔽磁化等离子体为对象，建立了适用于连续介质波动系统的相空间拓扑描述。研究团队基于赝厄米形式和正定度量，将等离子体波动方程写成广义薛定谔形式，并利用 Weyl-Wigner 符号化方法分析体相生成元的相空间拓扑结构。研究发现，体系中存在可视为 Berry-Chern 磁单极的孤立简并点；其中，高阶自旋 1 简并点携带拓扑荷 +2，并可在有限平行波数条件下劈裂为两个自旋 1/2 型 Weyl 点。
图 1：屏蔽磁化等离子体相空间 Weyl 符号的体相谱结构示意图。左图为高阶自旋 1 简并点，右图为有限平行波数下劈裂形成的两个 Weyl 点。
针对连续介质谱非紧致、传统 Chern 数难以直接定义的问题，研究团队进一步引入与有限实频谱带相关的 strip-gap Chern number，用以刻画连续介质体系中的拓扑不变量。界面本征值计算表明，由磁场空间变化诱导的界面谱流由相空间中包围的磁单极拓扑荷决定，从而建立了相空间意义下的体-界面对应关系。研究还表明，只要复谱在实部仍保持有限谱隙，该对应关系在弱碰撞耗散条件下依然成立。
图 2：不同磁场构型下界面本征谱随横向波数的变化。图中离散分支穿越谱隙，体现了由拓扑荷决定的界面谱流。
该成果是李弘课题组在《Physical Review Research》发表的连续介质等离子体拓扑波动系列研究之一。此前，团队发表论文“Symmetry-Driven Bulk-Edge Correspondence in Electron Magnetofluids at Finite Temperature”（DOI: 10.1103/lvkj-3gdl），研究有限温度电子磁流体中的谱流与拓扑边界态；本篇论文“Phase-space topology and spectral flow in screened magnetized plasmas”（DOI: 10.1103/kfhx-hp37）进一步拓展到屏蔽磁化等离子体及其相空间拓扑结构。
在等离子体这种连续介质中建立相空间拓扑框架，为理解磁约束等离子体中的复杂波传播和边界响应提供了一种全局描述方法。对于场反位形等离子体这类强非均匀、短梯度标长并具有整体边界层特征的体系，该理论有望为研究其谱流和界面模态提供新的分析工具。
论文第一作者为饶贤昊博士研究生，通讯作者为阿迪里特任副研究员与李弘副教授，刘万东教授为共同作者。该工作得到了国家自然科学基金支持。
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