Giant topological magnetoelectric and optical Hall effects for topological insulator as a defect in photonic crystal
研究了由两个一维光子晶体夹持拓扑绝缘体平板作为缺陷的系统。提出了一种巨拓扑磁电效应，其特征是在光子带隙中出现两个半单位透射的共振峰和丰富的极化行为。我们还预测了一个巨大的光学霍尔效应在我们的系统中，其中传输光的横向位移可能是波长的千倍。这些效应纯粹来自于拓扑绝缘体界面处的$Θ$畴壁，并且可以容易地观察到。这些效应也可用于基本物理常数的灵敏检测。
2011-01-25 cond-mat.mes-hall
Anomalous Topological Phases and Unpaired Dirac Cones in Photonic Floquet Topological Insulators
提出了一种基于交错螺旋晶格的光子Floquet拓扑绝缘体及其Floquet能带结构的有效数值计算方法。晶格支持反常Floquet拓扑绝缘体相，具有消失的陈数和可调的拓扑跃迁。在拓扑转变的临界点，能带结构主机一个单一的不成对的狄拉克锥，这产生了各种不寻常的输运效应：一个离散的模拟锥形衍射，弱反局域化不受谷间散射，抑制安德森局域化。与以前的设计不同，有效规范场强度可以通过晶格参数（如螺旋间距离）控制，从而显著降低辐射损耗并实现可切换拓扑波导等应用。
2016-06-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantized Hall drift in a frequency-encoded photonic Chern insulator
Université de Montréal（蒙特利尔大学）；INO-CNR（意大利国家研究委员会光学研究所）；Università di Trento（特伦托大学）；Ecole Polytechnique（巴黎综合理工学院）；Institut Polytechnique de Paris（巴黎理工学院）；Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR), Tohoku University（东北大学材料科学研究高等研究院）；Institut Courtois（库尔瓦研究所）
该研究通过在光学纤维环平台的合成频率维度上编码哈达玛模型，实现了具有打破时间反演对称性的光子陈绝缘体，展示了量子霍尔漂移的鲁棒性及其在光子系统中的应用潜力。
2026-02-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Photonic Chern insulators made of gyromagnetic hyperbolic metamaterials
利用人工光子晶体和电磁超材料控制光的传播是光子学领域的一个重要课题。值得注意的是，在光子Chern绝缘体的表面上或界面处的手性边缘态可以用于制造无反射波导。本文通过理论分析和电磁模拟，证明了旋磁双曲型超材料（GHM）是一种具有优良特性的光子Chern绝缘体。作为一种新的机制，在这些超材料中的双曲和旋磁效应的同时发生被证明打开与间隙陈数为1的大拓扑带隙。重要的是，与许多其他光子陈氏绝缘体不同，GHM陈氏绝缘体在其表面上具有非辐射手性边缘模式，因此允许在没有包覆金属的情况下制造单向波导，而包覆金属通常会产生相当大的欧姆损耗。此外，与晶体拓扑绝缘体相比，Chern绝缘体中的光子边缘态在很宽的长度尺度上都具有很强的抗无序性，并且通过改变外加磁场的方向，Chern绝缘体表面上的光流动方向可以很容易地翻转.有趣的是，我们发现拓扑表面波的负折射发生在GHM与旋磁参数相反的符号之间的边界。最后，我们表明，与其他光子拓扑材料，如手征双曲材料相比，目前的GHM陈氏绝缘体可以更容易地制作。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photonic realization of chiral hinge states in a Chern-insulator stack
本文提出基于Chern绝缘体叠层构建手性铰链模式的方法，利用非平庸四极子指数分析其存在，并通过光子晶体实验与全波仿真证实手性铰链态及其抗缺陷鲁棒性。
2024-06-15 cond-mat.mes-hall
N-Band Photonic Hopf Insulators Based on 2D Microring Lattices
霍普夫绝缘体是一种拓扑绝缘体，其拓扑行为源于从3D球体到2D球体的非平凡映射，称为霍普夫映射。在旋量和skyrmion系统的研究中通常会遇到的霍普夫映射，被称为霍普夫指数的整数不变量拓扑分类。在这里，我们表明，由于周期性循环的光内的每个microns，一个二维晶格的microns谐振器可以模拟一个$N$带的光子霍普夫绝缘体与非平凡的霍普夫指数。特别地，我们通过数值计算和直接解析证明表明，云母晶格的$N$带的Hopf指数与其缠绕数是相同的。结果表明，霍普夫指数是一种可供选择的拓扑不变量，可用于二维光子晶格的分类，并建立了晶格的霍普夫绝缘体相和反常Floquet绝缘体相之间的对应关系.更一般地说，我们的工作表明，二维微晶格可以提供一个通用的纳米光子平台，研究非阿贝尔拓扑光子系统。
2022-08-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Wavefront dislocations reveal the topology of quasi-1D photonic insulators
相位奇异性在波场中普遍存在，与波动方程无关。这种拓扑缺陷会导致波前位错，正如在大量经典波实验中所观察到的那样。波函数的相位奇异性也是对物质的带隙相位进行拓扑分类的核心。尽管有相同的奇异特征，波中的拓扑绝缘体和拓扑缺陷仍然是两个不同的领域。实现一维微波绝缘体，我们实验观察到波前位错-一个二维相位奇点-在局部态密度时，系统进行拓扑相变。我们从理论上表明，在过渡的干涉条纹的数量的变化揭示了拓扑指数，在绝缘体中的能带拓扑的特征。
2021-06-14 cond-mat.mes-hall
Sign freedom of non-Abelian topological charges in phononic and photonic topological insulators
三带系统中节线的拓扑性质可以用称为四元数的非阿贝尔拓扑荷来描述。由于本征态的规范自由度，非阿贝尔拓扑荷的符号可以通过执行规范变换来翻转，即，选择不同的本征态基。然而，在诸如声子和光子拓扑绝缘体的现实系统中，符号翻转还没有被明确地示出。在这里，我们阐述了符号自由度的可视化数值计算的拓扑电荷的声子和光子拓扑绝缘体。在这样做时，我们采用多个节点线的公共参考点方法来确认符号翻转不会在构建四元数组时引起任何问题。
2021-10-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Designing Photonic Topological Insulators with Quantum-Spin-Hall Edge States using Topology Optimization
设计光子拓扑绝缘体是非常重要的，因为它需要反转带隙周围的带对称性，到目前为止，这是通过直觉结合细致的试验和错误来完成的。在这里，我们采取了一种完全不同的方法：我们认为光子拓扑绝缘体的设计作为一个逆设计问题，并使用拓扑优化，以最大限度地提高通过一个尖锐的弯曲边缘模式的传输。由两个不同但最初相同的C $_\text{6v}$对称单位单元组成的两个设计域定义了几何设计问题。值得注意的是，优化的结果在光子拓扑绝缘体让人想起的收缩和生长方法的量子自旋霍尔光子拓扑绝缘体，但具有显着的差异，在晶体的拓扑结构以及定性不同的能带结构和显着改善的性能，如通过带隙尺寸，这是至少50%大于以前的设计。此外，我们发现一个方向的β因子超过99%，和非常低的损失急剧弯曲。我们的方法允许通过设计引入制造限制，并为设计具有迄今为止未探索的对称约束的PTIs开辟了一条途径。
2019-04-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Edge Solitons in Nonlinear Photonic Topological Insulators
我们从理论上证明了光子拓扑绝缘体可以支持边缘孤子，这些边缘孤子具有很强的自局域性，并且沿着晶格边缘单向传播。光子拓扑绝缘体由耦合螺旋波导的Floquet晶格组成，在具有局部克尔非线性的介质中。线性晶格的拓扑相位对孤子的行为有很大的影响。拓扑非平凡相给出了一个连续的孤子族，而拓扑平凡相给出了一个嵌入的孤子，发生在一个单一的权力，并产生自诱导的局部非线性位移的站点间耦合。孤立子可用于非线性开关和逻辑运算，这些功能在拓扑光子学中尚未被探索。我们演示了利用孤子通过窄通道进行选择性滤波，以及利用孤子碰撞进行光开关。
2016-09-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Realization of a three-dimensional photonic topological insulator
将光子限制在有限体积中在现代光子器件中是高需求的。这促使几十年前发明了光子晶体，其特征在于光子带隙禁止光在所有方向上传播。最近，受拓扑绝缘体（TI）发现的启发，具有拓扑保护的光子约束已经在称为光子TI的二维（2D）光子结构中得到了证明，在拓扑激光器和鲁棒的光学延迟线中具有很好的应用前景。然而，一个完全三维（3D）拓扑光子带隙从来没有实现过。在这里，我们实验证明了一个三维光子TI具有极宽（> 25%带宽）的三维拓扑带隙。样品由具有强磁电耦合的开口环谐振器（SRR）组成，并且表现为“弱TI”或2D量子自旋霍尔绝缘体的堆叠。使用直接场测量，我们映射出带隙的体能带结构和Dirac-like色散的光子表面状态，并证明了强大的光子沿非平面表面的传播。我们的工作扩展了从费米子到玻色子的3D TI家族，并为3D几何中的拓扑光子腔、电路和激光器的应用铺平了道路。
2019-01-10 cond-mat.mes-hall physics.class-ph physics.optics
Spin-Type Photonic Topological Insulators on a Rhombic Lattice
该研究提出菱形晶格金属自旋型光子拓扑绝缘体简化模型，利用 Berry 曲率、Wilson loop 谱和 Kane-Mele 紧束缚分析验证其非平凡输运，并给出多种器件实现。
2025-07-26 cond-mat.mes-hall
Photonic topological insulators induced by non-Hermitian disorders in a coupled-cavity array
最近的研究无序或非厄米诱导拓扑绝缘体注入工程拓扑物质的新成分。在这里，我们认为纯粹的非厄米紊乱，这两个成分的组合，在一个一维耦合腔阵列无序的增益和损失的影响。在复杂的体光谱中，局域态携带拓扑不变量，增加增益-损耗无序强度可以诱导出拓扑光子态。该系统展示了丰富的相图和独特的拓扑状态从厄米特无序。非厄米临界行为的特征在于双正交的本地化长度的零能量的边缘模式，它发散的临界转变点，并建立体边缘对应。此外，我们表明，散装拓扑结构可以通过测量双正交手征位移，这可以从一个适当的拉姆齐干涉仪，在清洁和无序区域的工作中提取实验访问。所提出的耦合腔光子设置依赖于已被实验证明的技术，从而提供了一个可行的路线，探索这种非厄米无序驱动的拓扑绝缘体。
2022-12-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.optics
Pseudospin-valley coupled edge states in a photonic topological insulator
在拓扑绝缘体（TI）的光子类似物中设计的伪自旋和谷自由度（DOF）为光学编码和鲁棒的信号传输提供了潜在的方法。在这里，我们观察到一个弹道边缘状态的自旋谷指数被锁定到沿谷光子晶体和亚晶之间的界面传播的方向模仿量子自旋霍尔效应。我们证明了抑制谷间散射的Y结形成在携带不同的自旋谷陈数的光子TI之间的接口。这些结果开辟了使用谷自由度来控制2D结构中的光信号流的可能性。
2018-04-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Mode Delocalization in Disordered Photonic Chern Insulator
在无序的二维陈氏绝缘体，一个单一的体扩展模式被预测存在每带，到一个临界的无序强度，所有其他的体模式本地化。这种行为与拓扑平凡的二维相位形成强烈对比，二维相位的模式在无序的存在下都变得局域化。利用紧束缚模型的一个现实的光子陈氏绝缘体，我们表明，离域体本征态可以观察到在一个实验现实的设置。这需要选择性地使用谐振器损耗来抑制拓扑边缘状态，并且使用可变谐振器失谐来获得足够大的系综尺寸。
2021-02-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.optics
Non-diffracting states in one-dimensional Floquet photonic topological insulators
已知一维激光写入调制光子晶格特别适合于衍射管理目的。在这里，我们通过对三类无衍射态的实验观察和识别，讨论了此类器件中离散无衍射态与拓扑性质之间的联系。第一个对应于拓扑保护的边缘状态，最近在Floquet拓扑绝缘体预测，而第二个和第三个都是散装模式。其中之一证明了拓扑转变，尽管呈现出不同于边缘态的拓扑特征，但另一个是否是特定能带结构工程的结果。
2017-03-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological Invariants in Point Group Symmetric Photonic Topological Insulators
提出了一种计算点群对称下双各向同性光子晶体拓扑不变量的群论方法。在反演赝自旋极化场后，利用高对称性k点处转动算符的本征值计算了自旋陈数。利用总自旋陈氏数可以很好地预测光子边缘态和光子带隙的拓扑特性。在大磁电耦合中，由于总自旋陈氏数的跳跃，出现了非平凡的相变。在空气和双各向同性光子晶体之间的ε/μ失配边界处也产生光输运。这一发现揭示了群对称性与光子拓扑系统之间的关系，使得光子非平凡态的设计成为可能。
2014-07-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Microwave Applications of Photonic Topological Insulators
这一观点探讨了光子拓扑绝缘体（PTIs）在微波领域的新兴应用。光的拓扑保护的引入通过在存在急剧弯曲和强结构缺陷的情况下演示无背散射波导，彻底改变了波传播的传统观点。光的赝自旋自由度使得能够发明具有有用功能的前所未有的拓扑光子器件。我们的目的是提出一个简要介绍微波PTI演示的最新发展。我们给出了一个清晰的比较不同的PTI实现，总结了拓扑保护的关键功能，并提出了PTI技术相比，现有的微波器件技术的优点和缺点的讨论。最后，我们展望了如何最好地利用这项技术的优势。
2020-05-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Fermionic time-reversal symmetry in a photonic topological insulator
最近，拓扑绝缘体作为一种新的物质状态受到了人们的极大关注，这是由于它们具有受保护的手征边缘态的标志性特征。在费米子系统中，Kramers简并在时间反演对称性（TRS）的存在下产生这些实体。相比之下，服从TRS的玻色子系统通常被认为是从根本上排除支持边缘状态。在这项工作中，我们消除这种看法，并实验证明在时间反演对称的光子波导结构的边缘反向传播的手征态。我们方法中的关键步骤是将传播态的有效自旋编码为底层波导晶格的自由度，使得我们的光子拓扑绝缘体的特征在于$\mathbb{Z}_2$型不变量。我们的发现允许在玻色子系统中利用费米性质，从而为光子学以及声学，力学甚至物质波中的拓扑物理开辟了新的途径。
2018-12-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Network Models of Photonic Floquet Topological Insulators
最近提出的一类光子拓扑绝缘体被证明可以映射到Chalker-Coddington型网络上，该网络最初被制定用于研究无序量子霍尔系统。这种网络模型等价于磁驱动晶格的Floquet态。我们表明，他们可以表现出拓扑保护的边缘状态，即使所有的频带有零陈数，这是一个特性的Floquet能带结构。这些边缘状态可以通过绝热泵浦不变量来计数，该不变量基于从网络的一个边缘的反射系数的缠绕数。
2013-11-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.optics
Photonic bilayer Chern insulator with corner states
本研究在双层旋磁光子晶体中实验实现从陈绝缘体到高阶拓扑相的转变，通过层间耦合使边缘态产生间隙并涌现出鲁棒角态。
2024-05-29 cond-mat.mes-hall
Spin-valley-controlled photonic topological insulator
光子拓扑绝缘体（PTIs）的发现为光的新拓扑态的研究打开了一扇大门，目前的时反不变PTIs模拟了凝聚态系统中的量子自旋霍尔（QSH）效应或量子谷霍尔（QVH）效应，以实现光子的拓扑输运，而光子的传播是由“光子赝自旋”（简称为“自旋”）或量子谷决定的。在这里，我们证明了一类新的PTI，其拓扑相位不仅是由自旋或谷，但由它们的诱导规范场之间的竞争控制。这种竞争是通过调整自旋轨道耦合（SOC）和反转对称性破缺的强度在一个单一的PTI。一个前所未有的拓扑过渡之间的QSH和QVH阶段，这是很难实现的凝聚态系统的证明。我们的研究将自旋电子学和谷电子学的新兴领域融合在同一个光子平台上，并提供了具有可重构拓扑相位的新型PTI。
2018-11-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Valley-Hall photonic topological insulators with dual-band kink states
大量的研究表明，谷，一个二进制自由度（DOF），可以是一个很好的候选人的信息载体。近年来，谷自由度被引入到光子系统中，并在实验上实现了几种谷-霍尔光子拓扑绝缘体（PTIs）。然而，在以前的山谷霍尔PTI，拓扑扭结状态只工作在一个单一的频带，这限制了潜在的应用在多波段波导，滤波器，通信等，为了克服这一挑战，在这里，我们实验证明山谷霍尔PTI，拓扑扭结状态存在于两个单独的频带，在微波衬底集成电路。模拟和实验结果都表明，双带谷-霍尔拓扑扭结态对内部畴壁的急剧弯曲具有鲁棒性，谷间散射可以忽略不计。我们的工作可能为多通道基片集成光子器件的高效率和高容量的信息通信和处理铺平了道路。
2018-12-28 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Non-quantized square-root topological insulators: a realization in photonic Aharonov-Bohm cages
拓扑绝缘体是一种新的物质状态，其光谱带由量子化的拓扑不变量表征。这种独特的量子化非定域性质通常通过奇异的体现象和相应的鲁棒边界效应表现出来。在我们的工作中，我们报告了一种新型的拓扑绝缘体表现出非量子化的拓扑性质的光谱带，但与量子化，出现在相应的系统中的平方的哈密顿量。我们提供了一个彻底的理论分析，以及基于光子Aharonov-Bohm笼的实验演示，以突出这种新生态物质的体积和边界特性。
2018-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Exciting Reflectionless Unidirectional Edge Modes in a Reciprocal Photonic Topological Insulator Medium
光子拓扑绝缘体是一类有趣的材料，其光子能带结构可以在体中具有带隙，同时支持拓扑保护的单向边缘模式。最近对双各向异性超材料的研究[1-6]使用其电磁模拟来模拟电子量子自旋霍尔效应，这是具有相对简单和优雅设计的此类系统的示例。在本文中，我们提出了一个旋转磁偶极子天线，由两个垂直取向的线圈组成，可以有效地激发单向拓扑保护表面波的双各向异性超波导（BMW）结构最近实现的马，等。[1]，尽管事实上，宝马介质不打破时间反演不变性。除了实现高方向性之外，天线还可以连续调谐，以各种幅度比向两个相反方向激励无反射边缘模式。我们通过实验证明了它的性能，并与仿真结果进行比较。
2016-10-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Realization of second-order photonic square-root topological insulators
平方根高阶拓扑绝缘体（HOTI）是最近发现的一种新的拓扑相，具有继承自母体格点哈密顿量的有趣拓扑性质。与传统HOTI不同，平方根HOTI通常表现为两个成对的非零能量角态。在这项工作中，我们首次在实验上证明了光子学中的二阶平方根HOTI，从而揭示了这种独特的角态。具体的平台是激光写入的装饰蜂窝晶格（HCL），其平方哈密顿量表示底层HCL和呼吸Kagome晶格的直接和。位于不同的带隙的本地化的角状态观察到的特征相结构，在一个拓扑平凡的结构中的离散衍射形成鲜明对比。我们的工作为研究自旋为1/2和自旋为1的Dirac-Weyl费米子共存系统中的基本拓扑现象提供了一种方案，并可能为拓扑驱动的光子器件带来新的可能性.
2021-10-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Experimental realization of photonic topological insulator in a uniaxial metacrystal waveguide
实现稳健的传输在电子和光子系统中都引起了广泛的关注。时间反演不变的光子晶体可以实现不受后向散射影响的手征态，但手征态的带隙在拓扑上是平凡的。在这里，我们设计并制造了一个亚晶，包括非共振的亚原子夹在两个金属板和系统表现出拓扑相变建立的组分类。通过实验测量的透射谱、计算的非零自旋Chern数和Z2指数证实了非平凡带隙的存在。通过测量场的大小和相位，实验证明了无带隙自旋过滤边缘态。当在边缘附近引入障碍物时，还观察到边缘状态的transsort鲁棒性。
2014-01-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Reconfigurable Microwave Photonic Topological Insulator
使用全三维有限元模拟和下划线的哈密顿模型，我们证明了可重构光子类似物的拓扑绝缘体上的可调杆在一个可重入的三维集总元件类型系统的规则晶格。可调谐性允许介质手性和其他性质的动态{ \it原位}变化，通过改变所有柱的相同参数，因此，在选择体/边缘配置方面具有很大的灵活性。此外，单向光子输运没有外部磁场证明。通过使用全有限元模拟以及简化的谐振子模型来说明这些想法。动态可重构性的建议系统铺平了道路，一类新的系统，可用于随机访问，拓扑信号处理和传感。
2016-11-16 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Microwave hinge states in a simple-cubic-lattice photonic crystal insulator
该研究在含完整光子带隙的三维光子晶体中通过数值与实验展示高阶拓扑态，设计两种具不同拓扑不变量的立方晶格，证实二维界面拓扑边界态与一维拐角铰链态，微波测量验证其局域化强度。
2023-06-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological Insulators, Topological Crystalline Insulators, Topological Semimetals and Topological Kondo Insulators
在本书第一章（特邀）中，我们简要回顾了定义拓扑绝缘体的基本概念，并着重阐述了揭示和建立其对称性保护（SPT）拓扑性质的关键实验结果。然后，我们提出了关键的实验结果，证明磁性，近藤绝缘，镜像手性或拓扑晶体秩序和超导性的自旋轨道拓扑绝缘体设置和如何这些新的（体绝缘）相的物质出现通过拓扑量子相变从布洛赫带绝缘体通过拓扑或狄拉克半金属在临界点。
2015-02-15 cond-mat.mes-hall
Simulating Floquet non-Abelian topological insulator with photonic quantum walks
本研究利用高维光子量子行走模拟Floquet非阿贝尔拓扑绝缘体（FNATI），通过体动态探测和边缘态光谱学实验确立了多重体-边对应关系，首次实现了对FNATI的实验表征。
2025-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
Photonic crystal nanocavity based on a topological corner state
拓扑语音学已经成为一种新的方法来设计光的流动，并提供了前所未有的手段，开发不同的光子元件，包括强大的光波导免疫结构缺陷。然而，纳米级驻波腔在拓扑光子学中的发展相当缓慢，尽管它在构建密集集成光子集成电路时非常重要。在这封信中，我们报告了一个光子晶体纳米腔的拓扑角状态的基础上，支持在一个90度角的边缘的二维光子晶体。体-边和边-角对应的组合保证了以分层方式存在高阶拓扑状态。我们在实验中观察到了一种在空间中紧密局域化的角模，同时支持超过2,000的高Q因子，验证了其作为纳米腔的前景。这些结果为在拓扑光子学平台中引入纳米腔提供了新的思路。
2018-12-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Photonic Floquet Topological Insulators
拓扑绝缘体是一种全新的物质相，它具有一个惊人的特性，即电子的传导只发生在它的表面，而不是在本体内，而且这种传导是拓扑保护的。拓扑保护，即完全没有无序电子波的散射，也许是这种材料最迷人和技术上最重要的方面：它提供了只有超导体才知道的鲁棒性。然而，与超导和量子霍尔效应不同，它们需要低温或磁场，拓扑绝缘体对无序的免疫力发生在室温下，没有任何外部磁场。因此，拓扑保护在容错量子计算和自旋电子学中具有广泛的应用前景。最近，大量的理论研究致力于将这一概念引入光子学领域：实现光频率下光的拓扑保护。除了涉及有趣的新物理学之外，光子拓扑绝缘体还有望在光学隔离和稳健的光子传输方面应用。在这里，我们从理论上提出并实验证明了第一个光子拓扑绝缘体：一个光子晶格表现出拓扑保护的晶格边缘上的运输，而不需要任何外部字段。该系统由螺旋波导阵列组成，这些螺旋波导彼此渐逝地耦合，并且布置在石墨烯状蜂窝晶格中。波导的手征性导致无散射的单向边缘状态，其在拓扑上被保护免受散射。
2012-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Phase spectroscopy of topological invariants in photonic crystals
提出了一种利用相位谱测量光子晶体拓扑不变量的方法。我们展示了如何陈数可以推导出的反射系数相位的绕组数。给出了非零反射相绕组数系统边缘态存在性的一个显式证明。该方法被示出为一维和二维光子晶体的非平凡拓扑结构。
2015-01-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Spintronics and spincaloritronics in topological insulators
我们研究拓扑绝缘体中的自旋电子学和自旋电子学。我们展示了二维拓扑绝缘体结和三维拓扑绝缘体与铁磁体耦合的自旋电子学效应。我们还研究了圆偏振光在拓扑绝缘体表面引起的自旋极化和两个拓扑绝缘体之间的结处的折射。对于自旋电子效应，我们给出了拓扑绝缘体中的横向磁热输运和热电输运。讨论了拓扑绝缘体的尺寸效应和拓扑绝缘体界面态的能带结构工程。
2013-01-23 cond-mat.mes-hall
Photonic Topological Anderson Insulators
二维拓扑材料的标志性特性是量子化霍尔电导率对无序的难以置信的鲁棒性。这种鲁棒性源于这样一个事实，即在拓扑带隙中，传输只能沿着边缘模式发生，而边缘模式不受散射影响。然而，对于足够强的无序，带隙关闭，系统变得拓扑平凡，因为所有的状态变得本地化，使得所有的传输消失-根据安德森局域化。因此，当有人提出，对于二维量子自旋霍尔拓扑系统，可能会发生相反的情况时，人们感到惊讶。在所谓的拓扑安德森绝缘体中，受保护的边缘态和量子化输运的出现是由无序的引入引起的。然而，迄今为止，拓扑安德森绝缘体相的观察一直难以捉摸。在这篇文章中，我们报告的拓扑安德森绝缘体的第一个实验演示。我们在光子实现中做到了这一点：在失谐蜂窝几何形状中的螺旋形渐逝耦合波导阵列。在适当的条件下，增加现场无序，在定义波导的折射率对比度的随机变化的形式，驱动系统从平凡的阶段到拓扑状态。
2021-04-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Higher-order photonic topological states in surface-wave photonic crystals
光子拓扑态使我们对光的传播和光的散射的理解发生了革命性的变化。最近发现的高阶光子拓扑绝缘体为零维拓扑角态开辟了一个新的视界。然而，高阶光子拓扑绝缘体的先前实现遭受由于所涉及的集总组件而导致的有限的操作频率范围或具有大占地面积的庞大结构，这对于未来的集成光子学是不利的。为了克服这些限制，我们在此实验证明了一个平面表面波光子晶体实现的二维高阶拓扑绝缘体。表面波光子晶体表现出非常大的体带隙（带宽为28%），由于多重布拉格散射和主机一维带隙的边缘状态描述的大量狄拉克方程。这些高维光子带的拓扑结构导致了零维角态的出现，这为可扩展的集成光子芯片提供了一条通往鲁棒腔模的途径，并为控制光-物质相互作用提供了一个接口。
2019-01-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Scattering of Electrons between Edge and Two-Dimensional States of a Two-Dimensional Topological Insulator and the Conductivity of the Topological Insulator Strip in a Metallic State
在二维能带的背景下，测定了二维拓扑绝缘体边缘态电子的寿命。它已被证明，在库仑杂质散射的情况下，这个时间可以显着大于二维电子的平均自由时间。结果，金属二维拓扑绝缘体带的导电性可以主要由边缘状态确定。
2019-04-30 cond-mat.mes-hall
Topologically Protected Photonic Modes in Composite Quantum Hall/Quantum Spin Hall Waveguides
光子拓扑系统是凝聚态物理中拓扑材料的电磁模拟，它为设计具有新特性的光学器件创造了许多机会。我们提出了一个实验实现的双各向异性Meta波导光子系统复制量子霍尔（QH）和量子自旋霍尔（QSH）拓扑绝缘相。通过精心设计，复合QH-QSH光子拓扑材料被创建并实验证明支持无反射边模，这是一种在凝聚态物理中前所未有的异质拓扑结构。这种拓扑保护模式的有效自旋自由度决定了它们通过这些系统的独特路径，不受反向散射的影响，并且能够在尖角周围传播。{As作为其新颖特性的一个例子，我们实验演示了基于复合QH和QSH结构的无反射光子器件，包括一个2端口隔离器，一个独特的3端口拓扑器件，以及一个全4端口环行器
2019-08-13 cond-mat.mes-hall
Topological Photonics
拓扑光子学是一个新兴的研究领域，利用几何和拓扑的思想来设计和控制光的行为。从凝聚态物质中量子霍尔效应和拓扑绝缘体的发现中汲取灵感，最近的进展表明如何设计光子的类似效应，从而导致光的鲁棒单向传播等显着现象，这些现象具有很大的应用前景。由于光子学系统的灵活性和多样性，这一领域也为实现奇异拓扑模型以及以新的方式探索和利用拓扑效应开辟了新的机会。本文综述了拓扑光子学在各种实验平台上的实验和理论发展，包括光子晶体、波导、超材料、腔体、光力学、硅光子学和电路QED。讨论如何改变光子系统的维数和对称性，允许实现不同的拓扑相位，并在理解拓扑结构与非厄米效应，如耗散的相互作用的进展进行了审查。作为一个令人兴奋的观点，拓扑光子学可以与光学非线性相结合，导致新的集体现象和新的强相关光态，如分数量子霍尔效应的模拟。
2019-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
Quantum transport in topological insulator hybrid structures -- A combination of topological insulator and superconductor
本文简要回顾了拓扑绝缘体的发展历史。然后，讨论了拓扑绝缘体-超导体混合结构中的电子输运实验，包括实验方法、物理性质和看似矛盾的观察结果。此外，还提出了一些新的拓扑绝缘体杂化结构。
2012-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Photonic analogue of quantum spin Hall effect
对称性保护的光子拓扑绝缘体与量子自旋霍尔（QSH）相和拓扑绝缘体一样，具有强的赝自旋相关输运特性，在基础物理中具有重要意义.这种传输鲁棒性受到时间反演对称性的保护。由于电子（费米子）和光子（玻色子）遵守不同的统计规则，并与不同的时间反演算子（即，Tf和Tb），Kramers简并的光子对应物是否被玻色子Tb拓扑保护仍然未知。在强磁电耦合的二维光子晶体的带隙中，我们构造了两个光子赝自旋（左/右圆极化）的简并无带隙边缘态.我们进一步证明了拓扑边缘态实际上受到Tf而不是通常认为的Tb的保护，并且它们的伪自旋相关输运对Tf不变杂质具有鲁棒性，首次发现了光子的拓扑本质。我们的研究结果将为新型光子拓扑绝缘体铺平道路，并彻底改变我们对基本粒子拓扑物理的理解。
2014-05-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Higher-order topological insulators in synthetic dimensions
传统的拓扑绝缘体支持具有比承载它们的体系统低一个维度的边界状态，并且这些状态由于量化的体偶极矩而受到拓扑保护。最近，高阶拓扑绝缘体已经被提出作为一种实现比体低两个或更多个维度的拓扑状态的方式，这是由于体四极矩或八极矩的量子化。然而，所有这些建议以及实验实现都被限制在真实空间维度。在这里，我们构建光子高阶拓扑绝缘体（PHOTI）在合成维度。我们展示了一个四极PHOTI的出现，支持拓扑保护的角模调制的光子分子与合成的频率维度，其中每个光子分子包括两个耦合环的阵列。通过改变相邻耦合光子分子间调制的相位差，我们预测了光子晶体中的动态拓扑相变。此外，我们表明，可以利用合成维度的概念来实现更高阶的多极矩，如第4阶十六极（16极）绝缘体，支持在4D超立方合成晶格中的0D角模，不能在实空间晶格中实现。
2019-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
Cubic 3D Chern photonic insulators with orientable large Chern vectors
时间约束对称性（TRS）破缺拓扑相提供了受拓扑保护的无间隙表面态，而不管附加的内部对称性、自旋或谷自由度。尽管2D拓扑相位的许多演示，但存在具有TRS断裂的3D拓扑系统的例子很少。在这篇文章中，我们设计了一个一般的策略来设计3D Chern绝缘（3D CI）立方光子晶体在弱TRS破坏环境中的定向和任意大的Chern矢量。该设计显示拓扑保护的手性和单向表面状态与不相交的等轴环。所得到的晶体呈现出以下新特性：第一，通过增加陈数，可以支持多个表面态通道。第二，Chern矢量可以沿着任何方向定向，简单地改变磁化轴，与2D相比，开辟了更大的3D CI/3D CI接口可能性。第三，通过降低TRS断开要求，该系统是磁响应弱的实际光子应用的理想选择。
2021-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonlinear topological photonics
对快速信息处理的快速增长的需求已经发起了创建紧凑且高效的光学设备的竞赛，这些设备可以可靠地传输信号而不会丢失。最近发现的光的拓扑相位为光子器件提供了一个新的基础，对散射损耗和无序鲁棒。将这些拓扑光子结构与非线性效应相结合，将解锁高级功能，如非互易性和主动可调谐性。在这里，我们介绍了新兴领域的非线性拓扑光子学和突出的最新发展，在桥梁物理学的拓扑相位与非线性光学。这包括一个新的光子平台的设计相结合的拓扑相位光与可观的非线性响应，自相互作用效应导致边缘孤子的拓扑光子晶格，非线性拓扑电路，主动光子结构表现出激射从拓扑保护模式，谐波产生从边缘状态的拓扑阵列和超表面。我们还绘制了未来的研究方向，讨论器件的应用，如激光器中的模式稳定，参数放大器的保护，对反馈，超快光开关采用拓扑波导。
2019-12-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Non-Hermitian Photonic Spin Hall Insulators
本文证明了光子自旋霍尔绝缘体在非厄米耗散下的鲁棒性，发现$\mathcal{P}\mathcal{D}$对称互易系统存在临界损耗引发的拓扑相变，并揭示其可容纳无限多自旋极化边缘态。
2024-01-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
A brief review of topological photonics in one, two, and three dimensions
拓扑光子学近年来吸引了越来越多的关注，因为它提供了独特的机会，以鲁棒的方式操纵光，而不受无序和缺陷的影响。迄今为止，拓扑光子学已经提出了多种光子学平台、丰富的物理机制和卓有成效的器件应用，包括单向波导、拓扑激光、拓扑纳米腔、Dirac和Weyl点、费米弧、节线等。本文从拓扑不变量和体-边界对应的角度，对拓扑光子学领域进行了介绍，和三维空间，这不仅可以提供一个统一的理解的基础上的鲁棒性的多样性和独特的拓扑光现象，但也可以激发进一步的发展，通过引入新的拓扑不变量和非传统的体边界对应的拓扑光子学的研究。
2022-09-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Wannier Function Methods for Topological Modes in 1D Photonic Crystals
本文利用Wannier函数分析了一维光子晶体的拓扑相变。我们首先回顾了一维指数局域Wannier函数的构造，并展示了如何在光子系统中数值构造它们。然后，我们应用这些工具来研究光子模拟的苏-施里弗-希格模型。我们利用光子Wannier函数建立了一个精确定量的拓扑相变近似模型，并计算了拓扑缺陷态的局域化。最后，我们讨论了我们的工作对光子晶体能带表示研究的影响。
2022-06-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological Photonics on a Small Scale
光的拓扑相位的研究提出了新的机会，创造强大的光学结构和芯片上的光子器件，这是免疫散射损失和结构紊乱。然而，最近许多光学拓扑效应的演示都采用了相对较大尺度的结构。在这里，我们讨论小尺度上拓扑光子学的物理和实现，其尺寸通常小于或与光波长相当。我们强调最近的实验演示的小尺度拓扑状态的基础上的阵列的共振纳米粒子和讨论一种新的光子平台，采用高阶拓扑效应，创造亚波长高效的拓扑保护光学腔。本文重点介绍了拓扑极化激元结构的最新研究进展，并对纳米拓扑光子学的发展方向及其对其他领域的影响进行了展望。
2021-08-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Liquid-crystal-based topological photonics
拓扑光子学利用拓扑绝缘体的物理特性来控制光的行为。对材料缺陷鲁棒的光子模式是这种控制的一个例子。在这项工作中，我们提出了一个软物质平台的基础上，支持光子拓扑绝缘体的液晶。液晶分子的取向引入了额外的几何自由度，其与适当设计的结构性质结合，导致光的拓扑保护状态的产生。软构建块的使用潜在地允许利用光和软响应介质之间的相互作用的可重构系统。
2020-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.optics
Three-Dimensional All-Dielectric Photonic Topological Insulator
二维拓扑光子系统的发现改变了我们对经典波的电磁传播和散射的看法，并提出了对三维中已知存在于凝聚态系统中的类似状态的探索。在这里，我们证明了对称性保护的三维拓扑状态可以在一个全介质的平台上设计，通过结构设计确保电场和磁场之间的电磁对偶性。磁电耦合扮演的合成规范场的作用导致拓扑过渡到一个完整的三维光子带隙的绝缘制度。具有锥形狄拉克色散和自旋锁定的表面态的出现是不受阻碍的。第一性原理研究证实了沿二维畴壁的表面态的强大的传播所定义的磁电耦合反转数值。结果表明，该系统代表了一个桌面平台，用于模拟相对论物理的大规模狄拉克费米子和表面状态显示可以被解释为Jackiw-Rebbi状态限制在两个域之间的界面与相反的粒子质量。
2016-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Wannier-type photonic higher-order topological corner states induced solely by gain and loss
光子晶体提供了一个可控的平台来研究开放系统中令人兴奋的新拓扑态。在这项工作中，我们揭示了光子拓扑角态的光子石墨烯与镜像对称图案的增益和损耗。这种非平凡的Wannier型高阶拓扑相位是通过单独调整现场增益/损耗强度来实现的，这导致两个谷狄拉克锥在时间反演对称点处的湮灭，因为增益和损耗改变了相邻站点之间的有效隧穿。我们发现，受保护的光子角模具有纯虚能量，并说明了Wannier中心作为拓扑不变量的作用。对于实验的考虑，我们还研究了畴壁附近的拓扑界面态。我们的工作介绍了一个有趣的平台，非厄米诱导的光子高阶拓扑绝缘体，这与目前的实验技术，可以很容易地访问。
2020-04-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Two-Dimensionally Confined Topological Edge States in Photonic Crystals
提出了一种支持二维螺旋拓扑边缘态的全介质光子晶体结构。系统的拓扑性质受晶体参数的控制。不同能带拓扑的两个区域之间的界面引起限制在电介质板中的拓扑边缘状态，其在没有反向散射的情况下围绕尖角传播。三维时域有限差分计算表明，这些边缘被限制在平面外的方向上的全内反射。这种纳米级光子晶体结构可以实现光子边缘态和量子发射体之间的强相互作用。
2016-05-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Axion Topology in Photonic Crystal Domain Walls
本文提出在回旋三维外尔光子晶体中通过超胞调制和畴壁相位阻碍诱导轴子带拓扑，实现受保护的单向轴子手性棱态，并展示利用小外部磁偏置实现拓扑光子开关的可行方法。
2023-05-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
