利用动态变化结构的合成空间光子拓扑绝缘体

       拓扑绝缘体由于其独特性质在许多不同的领域吸引了广泛的研究。这些材料内部是绝缘的，但边界上完全导电。它们的边界态由离散拓扑不变量定义，当拓扑带隙足够大时，其输运对无序具有鲁棒性。在过去的十年中，它在各种系统中被演示，如电子学、微波、光子学、冷原子、声学和力学。电磁(EM)波中拓扑现象的重要进展开创了新的拓扑光子学领域，支持在固态物理中不可能的环境下探索拓扑系统的物理，并提供了新的环境，如非互易电磁器件、无辐射急剧弯曲的波导等等。

       拓扑绝缘体通常依赖于空间晶格，其中的波包受到产生拓扑现象的规范场的影响。然而，晶格并不一定是格点的空间分布。更确切地说，晶格也可以是原子态、腔模式、波导阵列模式等。在这种情况下，空间晶格可以被一个或多个合成维扩充。有了这个概念，人们可以用空间晶格中不可用的规范场来设计几何图形，并产生具有不寻常特征的晶格，如在实空间中拓扑保护状态、利用频率域作为合成维的保护传输、或者诱导一个实空间中不打破时间反演对称性的人工磁场。此外，合成维度便于人们能够在一个维度高于这些结构的表面几何维度的空间中探索物理特性。这一概念为新型拓扑光子结构，如锁模拓扑绝缘体激光器提供了一个基础。然而，到目前为止，所有关于合成维度中的光子拓扑绝缘体的研究都依赖于调制来耦合模态，并促进合成维度中的输运。这种调制必须在演化维度上进行，并且可以在时间上或沿着传播维度上进行。

       近日，来自以色列理工学院的Liat Nemirovsky等人提出了依赖于动态不变拓扑光子结构的合成空间光子拓扑绝缘体。该结构是第一个作为合成空间拓扑绝缘体的演化不变系统。这种非磁性结构是静态的，在演化坐标中没有任何调制，但它在合成空间中显示出一个有效的磁场，其特征是陈数为1。相关工作发表在《PHYSICAL REVIEW LETTERS》上。（郑江坡）

       文章链接：10.1103/PhysRevLett.127.093901