光子反手性边界态的观察

已知二维拓扑材料在体的边界呈现单向或手性的边界态。例如，在著名的Haldane模型中，展示了具有破缺的时间反演对称性的量子霍尔效应，手性边界态必须沿边界顺时针或逆时针传播，这取决于Chern数的符号。因此，一个典型的条形样品必须支持沿其两个平行边界反向传播的边界状态。时反转不变量子自旋霍尔效应可以看作是叠加效应，在Haldane模型中，当自旋固定时，手性边界态出现。这种手性边界状态不仅彻底改变了凝聚态物理，而且开辟了光子学和声学的新篇章，其应用范围从单向波导和鲁棒光学延迟线到拓扑激光和光子电路。对于上述所有系统，给定条形几何中的手性边界态必须在两个平行边处向相反方向传播，左右移动边界态的数目必须相等。

       最近的理论预测了另一种可能性：两个平行边的边界状态可以向同一方向传播，完全不同于传统的手性边界态，因此被命名为反手性边界态。这些反手性边界状态只能发生在无间隙系统中，因为它们需要相关的体态按照能量守恒的要求向相反的方向传播。理论上已经提出了一系列可能实现反手性边界态的平台，包括石墨烯结构和旋磁光子晶体等。然而，由于具有打破时间反演对称性的具有挑战性的构型，在现实中并没有观察到反手性边界态。

       近日，来自电子科技大学的Peiheng Zhou等人报道了微波回旋磁光子晶体中抗手性边界态的实验观察。这种光子晶体利用旋磁材料打破了时间反演的对称性，并被用来演示光子手性边界态，由此产生了拓扑光子学这一新兴领域。并且进一步在该平台中加入了磁化的现场调制，成功地观察到了抗手性边界态的独特特性，这在其他平台中仍然是困难的。相关工作发表在《Physical Review Letters》上。（郑江坡）

文章链接：10.1103/PhysRevLett.125.263603