研究人员在拓扑相研究中取得重大突破

由中国南开大学、克罗地亚萨格勒布大学的研究人员和 Roberto Morandotti 的国家科学研究所 (INRS)团队领导的国际研究团队在了解拓扑相方面取得了重大进展加拿大。**

在对称保护拓扑相（SPT 相）中对扰动进行分类的示意图。由红色、灰色和绿色线条包围的重叠区域表示具有拓扑不变性和相应拓扑边界状态的对称保护拓扑相。灰线是一组影响边界状态但不破坏整个系统的拓扑不变量的扰动。红线和绿线区域显示受其各自关联的子对称性保护的边界状态。图示示例显示了满足子对称性但破坏整个系统的拓扑不变量的两组扰动。在这种情况下，子对称性保护边界状态。图片来源：Domenico Bongiovanni 和合著者

他们的研究最近发表在自然出版集团的期刊《自然物理学》上。

由于其在操纵光的同时在耐用性和稳定性方面实现高性能的特殊潜力，拓扑光子学在过去 10 年中受到越来越多的关注。

由于拓扑光子学的发现，一类新的光子器件，包括拓扑激光器和腔体，具有不受缺陷和疾病影响的拓扑保护状态，已经成为可能。

“拓扑”一词是从数学中借用的，用于研究物体在连续变形期间保持的值的几何特征。

当两个物体的表面可以连续变形为彼此，反之亦然时，我们称它们在拓扑上相似。例如，环面和咖啡杯在拓扑学上是等价的。

利用拓扑学的思想来表征能带性质，可以预测物理学中物质的新拓扑态和不同的拓扑材料。

通过适当引入量化的拓扑不变量来区分不同的拓扑阶段（平凡的和非平凡的），这允许在体积属性和这些材料边界处出现的特征之间建立联系，称为“体积边界对应”。 ”

受独特空间和/或固有对称性保护的弹性拓扑边界状态的存在是非平凡拓扑在这方面最显着的特性。

一般来说，拓扑边界态、拓扑不变量和一个或多个整体对称性之间的密切联系是维持拓扑保护以防止具有对称保护拓扑相（SPT 相）的系统中的扰动所必需的。

因此，任何破坏底层对称性的变形都会对拓扑不变量和拓扑边界态产生不可逆的影响。

跨国研究团队在本研究中挑战了先前的共同概念，从而拓宽了我们对 SPT 边界状态的认识。

他们发现，即使系统不再包含量化的拓扑不变量和某些类型的全局对称性，拓扑边界态仍然可以存在于相关子空间中，并被“子对称性”屏蔽。

我们的发现挑战了拓扑学中对称保护拓扑相的普遍思维，并更新了拓扑不变量和边界态的对应关系。我们的想法有可能解释许多非常规状态的拓扑起源，并且可以在不同的平台和物理系统中找到应用。

Domenico Bongiovanni，研究调查员，博士后研究员，国家科学研究所

研究人员通过发展和研究子对称的思想发现，传统意义上的全局对称对于拓扑边界态的保护并不完全必要。

只要满足特定子空间的对称性，就保留拓扑边界状态，即使一般拓扑不变量不再存在。

为了满足不同子空间对称性的约束，研究团队使用连续激光写入方法有效地设计和生产了光子晶格结构。

这些测试使用两种最常见的拓扑格子建立了概念证明：一维 SSH 格子和二维 Kagome 格子。

此外，该团队率先将远程耦合对称的概念引入 Kagome 晶格模型，解决了关于 Kagome 晶格中高阶拓扑状态的存在和拓扑保护的现有争论。

这项工作为许多物理环境中的拓扑状态研究和应用提供了新的视角，同时也挑战了对受对称性保护的拓扑状态的传统理解。

预计这项工作的结果将对拓扑光子学及其前沿多学科学科的发展产生积极影响，以及研究和创造一类基于亚边界态的新型拓扑光子器件。 -对称保护。

关于本研究

Ziteng Wang、Xiangdong Wang、Zichan Hu、Domenico Bongiovanni、Dario Juki、Liqin Tang、Daohong Song、Roberto Morandotti、Zhigang Chen 和 Hrvoje Buljan 在Nature Physics杂志上发表了题为“Sub-symmetry protected topological states”的工作。

中国国家重点研发计划、中国国家自然科学基金、克罗地亚政府和欧盟通过 QuantiXLie 卓越中心、加拿大自然科学与工程研究委员会 (NSERC) 和加拿大研究主席计划（CRC）都为研究提供了财政支持。

期刊参考：

Wang, Z.,等人。(2023) 亚对称保护拓扑态。自然物理学。doi:10.1038/s41567-023-02011-9

资料来源： https: //inrs.ca/