Topological Photonic Crystal of Large Valley Chern Numbers
光子晶体是电子系统中带隙谷电子材料的一种模拟物，近年来在光子晶体中实现拓扑谷相的方法局限于谷陈数为1。在这封信中，我们提出了一种新的类型的谷相，可以有大的谷陈数为2或3。不同谷陈数（从1到3）之间的谷相变是通过改变晶胞的构型来实现的。我们证明了这些新的拓扑相位可以引导波沿着尖锐弯曲的畴壁鲁棒地传播。我们的结果是有希望的探索新的拓扑现象的光子系统。
2020-04-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Critical nonreciprocity in gyrotropic coupled-waveguide system for TE-mode optical isolator and circulator
针对TE模光隔离器性能不足的问题，提出基于TMOKE耦合波导模式拍频的新原理，结合倏逝耦合硅波导与磁光效应实现非互易传播，仿真得到500μm长、20dB隔离带宽35nm的器件，助力光子电路小型化。
2025-02-21 physics.app-ph physics.optics
Experimental Observation of Large Chern numbers in Photonic Crystals
尽管对量子反常霍尔相及其类似物有很大的兴趣，但在电子和玻色子系统中的所有实验研究都局限于陈氏数为1。在这里，我们进行微波传输测量的体积和边缘的亚铁磁光子晶体。实验结果与理论计算结果吻合较好，给出了具有较大Chern数2、3和4的带隙。我们测量的模式配置文件和傅立叶变换，他们产生的边缘模式，其数量和方向匹配我们的陈数计算的色散关系。
2015-12-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Chern numbers for the index surfaces of photonic crystals: conical refraction as a basis for topological materials
用拓扑不变量对能带结构进行分类，为理解诸如量子霍尔效应之类的现象提供了有力的工具。这种分类最初是在电子的背景下发展起来的，但也可以应用于光子晶体。本文研究了二维光子晶体折射率表面的拓扑分类。我们考虑由双折射材料形成的晶体，其中本构关系提供光学自旋轨道耦合。我们表明，这种耦合，结合旋光性，可以导致一组缺口的指数表面与非零陈数。这种设计光子Chern绝缘体的方法利用双折射而不是晶格结构，并且不需要源自特定晶格几何形状的带交叉。
2020-09-11 cond-mat.mes-hall 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
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
Topological classification of Chern-type insulators with the photonic Green function
物质系统的Chern拓扑数传统上用Berry曲率来表示，Berry曲率明显依赖于物质的能带结构和Bloch本征波。在这里，我们证明，它是可能的，以计算光子平台的间隙陈数，而无需任何详细的知识，其能带结构，简单地依赖于系统的光子格林函数。结果表明，间隙陈数是由光子格林函数沿平行于虚轴的复频率平面的线的积分给出。我们的理论适用于任意频率色散的全三维光子晶体，以及没有固有周期性的电磁连续统的情况。
2018-01-30 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
Polariton Chern Bands in 2D Photonic Crystals Beyond Dirac Cones
本研究超越传统 Dirac cone 框架，在二维光子晶体中引入基于 BICs 和 $Γ$ 点简并的能带结构以实现 polariton Chern bands，展示了高 Chern 数、均匀 Berry 曲率及大拓扑带隙，为拓扑光子器件设计提供新原则。
2025-06-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Viscous Maxwell-Chern-Simons theory for topological electromagnetic phases of matter
我们提出了一个基本模型的拓扑电磁相的物质：粘性麦克斯韦-陈-西蒙斯理论。我们的模型适用于一个量子霍尔流体的粘度。我们解决了连续和晶格正则化系统，以证明这是最小的（精确可解）规范理论与非平凡的光子陈数（$C\neq 0$）的电磁波耦合到量子霍尔流体。对称性和拓扑结构的相互作用也被布里渊区中高对称点处光子skyrmion的自旋1表示所捕获。为了严格地分析拓扑物理，我们引入粘性Maxwell-Chern-Simons拉格朗日量，并从最小作用量原理导出运动方程以及边界条件。我们发现拓扑保护的手征（单向）边缘状态，最大限度地减少表面的变化，并对应于无质量光子激发成本的无穷小的能量。物理上，我们预测的电磁相位连接到整数量子霍尔流体中的动态光子质量。这是由于粘性（非本地）霍尔电导率和我们确定的非本地陈-西蒙斯耦合霍尔粘度。当霍尔粘度抑制总的体霍尔响应时，电磁相位是拓扑非平凡的$C\neq 0$。我们的工作弥合了电磁和凝聚态拓扑物理之间的差距，同时也证明了自旋1量子化在非平凡光子相位中的核心作用。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Vectorial Bulk-Boundary Correspondence for 3D Photonic Chern Insulators
在二维陈氏绝缘体（2D CI）中，体态的拓扑结构由拓扑不变量陈氏数来描述。标量体边界对应（sBBC）涉及的变化，在陈数在整个接口的1D手征边缘模式在接口处的数量。然而，3D Chern绝缘体（3D CI）可以由Chern矢量C =（Cx，Cy，Cz）表征，并且需要更一般的矢量体边界对应（vBBC）来正确地预测表面模式的传播。在这项工作中，3D光子CI之间的可能的接口进行了探索，专注于陈向量方向的可能变化。为了制定一个3D vBBC，一个链接之间的陈向量不连续性跨接口和缠绕的表面equiform循环的边界。最后，演示了如何正确预测三维光子晶体中光子表面拓扑模的数目和传播方向。
2022-06-08 cond-mat.other physics.optics
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
Symmetry-Based Classification of Chern Phases in Honeycomb Photonic Crystals
该研究利用紧束缚模型分析光子石墨烯中的任意非互易耦合，指出只有非互易场具备非平凡 p6m 分量时才能打开带隙并产生非零 Chern 数，从而给出拓扑相设计的对称性准则。
2024-12-05 physics.optics
Fine Structures of Berry Curvature and Unquantized Valley Chern Numbers in Valley Photonic Crystals
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；The University of Tokyo（东京大学）；NTT Corporation（日本电报电话公司）
研究揭示谷光子晶体中 Berry 曲率分布的细结构，证明谷 Chern 数非量子化，挑战传统拓扑观点，提供更严谨的解释框架。
2026-03-28 physics.optics
Real higher-order Weyl photonic crystal
在三维光子晶体中实验实现真实高阶Weyl半金属相，同时观测到源于Chern数的表面Fermi弧和源于广义实Chern数的铰链Fermi弧。
2023-06-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Valley-dependent Corner States in Honeycomb Photonic Crystal without Inversion Symmetry
利用平面波展开和有限元方法研究了无反演对称性的蜂窝状光子晶体的拓扑态。在蜂窝格点中反演对称性的破缺导致了相反的拓扑谷指数，即，动量空间中谷依赖的陈数我们发现60度角点$^\circ$有拓扑角点态出现，而其他角点没有拓扑角点态，这可以理解为谷陈数在角点处的符号翻转.我们的研究结果提供了一个实验上可行的平台，探索谷依赖的高阶拓扑结构的光子系统。
2021-05-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Non-factorizable 4D quantum Hall state from photonic crystal defects
近年来，已经有一个驱动器实现的拓扑相超越传统的电子材料，包括在超过三个维度定义的阶段。我们提出了一种方法来实现第二陈数拓扑相位的光子晶体简单地由缺陷谐振器嵌入一个规则的晶格谐振器。特别地，通过对缺陷半径进行一种新的准周期空间调制，提出了一种在四维合成空间中具有非阿贝尔Berry曲率的拓扑非平凡Chern带的缺陷格.这个系统不能被分解为两个第一陈数模型的直积，这与霍夫施塔特模型不同。这样的光子系统可以很容易地实验实现与规则的光子晶体组成的介质棒在空气中。
2017-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Multifrequency and multimode topological waveguides in a Stampfli-triangle photonic crystal with large valley Chern numbers
本研究在Stampfli三角光子晶体中同时实现多频率和多模式量子谷霍尔效应，通过Z形波导验证大谷陈数，并理论提出频率相关多模式分束器，为高容量光传输与集成器件提供新方案。
2024-03-19 physics.optics
Realization of chiral whispering gallery mode cavities enabled by photonic Chern insulators
本文将拓扑物理引入光子腔，利用光子陈绝缘体实现 chiral 回音壁模式，并通过数值模拟与实验证明其对缺陷的鲁棒性，为鲁棒微腔设计及光-物质相互作用研究提供了新平台。
2025-01-01 physics.optics
Photonic Chern insulators from two-dimensional atomic lattices interacting with a single surface plasmon polariton
我们研究了二维原子晶格在表面等离子体激元模单次激发下的极化激元能带结构。通过原子到不同角动量的激发态的共振跃迁，我们证明了实现不同陈数拓扑能隙的可能性。我们采用的计算方法的基础上，最近提出的狄利克雷-诺依曼（DtN）映射技术，准确地模拟非马尔可夫动力学以及涉及高阶电和磁多极过渡的相互作用。我们设计了拓扑鲁棒的边缘态，用于实现单光子的单向发射和非互易传输。我们还指出了在这样的系统中实现具有较高陈数的频带的挑战。
2021-01-22 physics.optics quant-ph
Polaritonic Chern insulators in monolayer semiconductors
具有强光-物质相互作用的系统为研究物质的拓扑相开辟了新的途径。例子包括激子-极化激元、混合轻物质准粒子，其中极化激元能带结构的拓扑结构产生于物质波与强烈限制在周期性电介质结构中的光场之间的集体耦合。与均匀环境中的光-物质相互作用不同，光场的空间变化性质导致了众所周知的光学选择规则的根本修改，这些规则是在平面波近似下导出的。在这里，我们确定极化激子陈绝缘体的过渡金属二硫属化物（TMD）的谷激子耦合到介质光子晶体（PhC）板的光子布洛赫模式。我们发现，极化激子狄拉克点（DP），这是拓扑相变点的标记，可以构建从谷激子和光子狄拉克锥的时间反转和反转对称性的存在下，集体之间的耦合。通过打破时间反演对称性来提升激子谷简并度，导致具有非零陈数的带隙极化激元带。通过数值模拟，我们预测了极化激子手性边缘状态内的拓扑间隙。我们的工作为进一步探索极化激元拓扑相位及其在极化激元器件中的实际应用铺平了道路。
2022-06-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Fragility of Unidirectional Transport in Weakly Disordered Photonic Chern Insulators
Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University（山西大学极端光学协同创新中心）
研究揭示弱 disorder 如何破坏 photonic Chern 绝缘体中 robust 的 chiral 边态传播，尽管全局拓扑不变量保持不变，通过引入杂质态形成拓扑平凡的杂质带，导致拓扑 Chern 绝缘体中单向传播被破坏。
2026-05-08 cond-mat.dis-nn physics.optics
Observation of Floquet Chern insulators of light
本文在周期性驱动的非线性光子晶体中实验实现了Floquet Chern绝缘体，通过驱动场偏振和频率调控拓扑相，并观测到强Floquet耦合区域中的非平凡能隙，为非线性拓扑光子学开辟了新方向。
2023-04-19 physics.optics
Topological bulk solitons in a nonlinear photonic Chern insulator
具有拓扑能带结构的晶格中的非线性可以在结构体中诱导拓扑界面，并在拓扑带隙中产生体孤子。在这里，我们研究了具有饱和非线性的光子Chern绝缘体，并证明了拓扑体孤子的存在。基本体孤子表现为半涡旋孤子，其中只有一个赝自旋分量具有非零涡度。体孤子在不同的谷具有相等的角动量。这种现象是线性主晶格拓扑结构的直接结果，并且可以通过切换非线性的符号来改变角动量。体孤子从线性体带边缘分叉，并在其功率饱和时终止。我们发现这些体孤子在整个光谱范围内都是稳定的。此外，这些体孤子是强大的晶格无序无论是从现场的能量和跳跃幅度。我们的工作扩展了陈氏绝缘体的研究到非线性制度，并突出了拓扑结构和非线性之间的相互作用。
2022-11-08 nlin.PS physics.optics
Photonic Chern insulator through homogenization of an array of particles
我们提出了一种通过旋磁圆柱阵列的均匀化来创建一种表现为光子陈式绝缘体的超材料的路线。我们表明，这样的阵列可以表现出非平凡的拓扑效应，包括拓扑非平凡的带隙和单向边缘状态，当它可以被均匀化的有效介质模型，具有强烈的Berry曲率峰值在波矢k = 0。非平凡能带拓扑结构仅取决于圆柱的参数和圆柱的密度，并且可以在各种不同的晶格中实现，包括周期、准周期和随机晶格。我们的系统提供了一个平台，探索无序和拓扑结构之间的相互作用，也开辟了一条路线，拓扑超材料的自组装方法的基础上合成。
2017-07-11 cond-mat.dis-nn physics.app-ph physics.optics
Topological theory of non-Hermitian photonic systems
在这里，我们开发了一个规范独立的格林函数的方法来表征一般的非厄米特系统的陈不变量。它表明，类似于埃尔米特的情况下，陈数可以表示为一个积分的系统格林函数在一条线平行于频率轴。该方法以自然的方式引入了非厄米系统的“带隙”作为复频率平面的条带，其中系统格林函数是解析的。我们将所发展的理论应用于非互易电磁连续体，表明回转材料的拓扑性质对材料损耗的影响具有很强的鲁棒性。此外，还证明了以不透明型腔壁为终端的拓扑材料腔的频谱必须是无隙的。这一结果表明，体-边对应对一类非厄米系统仍然有效。
2019-03-05 physics.optics
On the Role of Symmetries in the Theory of Photonic Crystals
讨论了对称性在光子晶体中的作用，并根据Cartan-Altland-Zirnbauer方案对它们进行了分类。特别重要的是复杂的共轭C和时间反演T，但我们也确定其他重要的对称性。借用拓扑绝缘体分类理论的术语，我们证明了C是粒子-空穴型对称而不是时间反演对称，如果考虑一阶形式的麦克斯韦算符，其中动力学麦克斯韦方程组可以重写为薛定谔方程;实现物理时间反演的对称是手征型对称。通过对能带结构的分析，我们证明了为什么一阶形式主义似乎比二阶形式主义更有优势。此外，基于薛定谔形式主义，我们引入了一类有效的（紧束缚）模型称为Maxwell-Harper算子。文末还对旋光晶体中粒子-空穴型对称性破缺问题作了一些讨论。
2014-07-31 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Tutorial: Computing topological invariants in two-dimensional photonic crystals
拓扑光子学领域成为变革技术中最有前途的应用领域之一：可能的应用是拓扑激光器或量子光学接口。然而，用于诊断光学系统的拓扑结构的有效且简单的方法对于该社区的重要部分来说仍然难以捉摸。在本教程中，我们提供了一个总结的数值方法来计算拓扑不变量出现在光子晶体中的光的传播。我们首先描述了波在具有空间相关周期介电常数的晶格中传播的基本性质。接下来，我们提供了一个拓扑不变量的介绍，提出了一个最佳的策略来计算它们通过数值计算的麦克斯韦方程在离散化的倒易空间。最后，我们将补充教程与光子晶体系统的几个实际例子，显示不同的拓扑特性，如光子valley-Chern绝缘体，光子晶体提出了“阻碍原子极限”，光子系统支持脆弱的拓扑结构，最后光子Chern绝缘体，我们还定期调制的磁导率。
2019-12-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological one-way fiber of second Chern number
光纤是通信、传感、生物医学和许多其他光波技术和应用中普遍存在且不可或缺的部件。在这里，我们提出了拓扑单向光纤，以消除两个基本的机制，限制光纤性能：散射和反射。我们设计了三维光子晶体光纤，光子在光纤中单向传播，完全不受瑞利散射和米氏散射的影响，显著抑制了非线性布里渊散射和拉曼散射。单向光纤也没有菲涅尔反射，自然消除了对光纤隔离器的需求。我们的发现是由最近发现的双螺旋~（DG）光子晶体中的外尔点所实现的。在磁性DG中，通过超原胞调制湮灭两个Weyl点，得到了第一陈数不为零的三维量子Hall相位的光子模拟（$C_1$）.当调制变成螺旋时，单向光纤模式沿着缠绕轴发展，模式的数量由螺旋的空间频率确定。这些单模和多模单偏振单向光纤具有几乎相同的群速度和相速度，在三维波矢的四维参数空间中由第二陈数$C_2$加上螺旋线的缠绕角进行拓扑保护。这项工作提出了一种独特的方式来利用高维拓扑物理，而不诉诸人工尺寸。
2016-11-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Proof of the bulk-edge correspondence through a link between topological photonics and fluctuation-electrodynamics
体-边对应将陈拓扑数与在相关材料的界面处支持的单向状态的净数量联系起来。这一基本原理可能是拓扑光子学最重要的结果，因为它决定了非平凡拓扑特征的精确物理表现。尽管体积-边缘对应已经在文献中被广泛讨论和使用，但在色散材料的一般光子学情况下，它似乎没有坚实的数学基础，本质上是一种猜想。在这里，我提出了一个严格的证明这一基本原则，表明在一个封闭的腔中的热涨落引起的光角动量谱密度可以表示在光子带隙陈数，以及在单向边缘状态的净数量。特别是，我强调陈式光子绝缘体的拓扑数和波动引起的光动量之间的基本联系
2019-01-30 physics.optics
First-Principles Study of Large Gyrotropy in MnBi for Infrared Thermal Photonics
本研究通过第一性原理计算发现MnBi无需外磁场即具非互易性与宽带长波红外大旋光性，设计的基于MnBi的多层结构在7μm处实现最大自旋极化热发射，为自旋可控热光子学平台提供潜在材料。
2023-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topological pumping in photonic systems
典型的陈氏绝缘子的拓扑结构是基于系统沿实空间两个方向的周期性。在这篇文章中，我们从这个标准的概念出发，并证明了一个通用的非厄米光子波导周期性沿一个单一的方向的真实空间可以被视为一个子组件的扩展系统与合成维度和非平凡的陈拓扑。特别是，我们表明，低于一个通用波导的带隙的频带数决定的间隙陈数的扩展系统。理论和数值计算表明，在实空间中的间隙Chern数给出了位于系统边界的无间隙Tamm态分支的数量，当其几何形状连续位移一个晶格周期时。在非厄米的情况下，Tamm态连接复平面中的不同能带。
2021-12-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Experimental observation of robust surface states on photonic crystals possessing single and double Weyl points
我们设计并制作了一种具有时间反转不变的Weyl光子晶体，它具有拓扑荷为1的单Weyl节点和拓扑荷为2的双Weyl节点。通过数值模拟和微波实验，证明了在一定kz下，非零Chern数的非平凡带隙。实验观察到外尔光子晶体和PEC之间的表面态对kz守恒散射的鲁棒性。
2015-12-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Observation of photonic anomalous Floquet Topological Insulators
通常，二维拓扑绝缘体的特征在于与其能带结构相关的非零陈数。在我们的工作中，我们提出了一个反常的拓扑绝缘体的实验证明，对于它的陈数总是零，绕组数是描述系统的拓扑性质的适当的量。我们探讨了这种反常拓扑绝缘体中手征边缘态的鲁棒性，并分析了拓扑相和平凡相之间的相变。
2016-05-12 physics.optics
Nontrapping Tunable Topological Photonic Memory
提出一种基于蜂窝晶格光子晶体与动态陈数的非捕获拓扑光子存储器，实现GHz级高速写入与鲁棒多比特编码，优于传统方案。
2025-02-26 physics.optics
Topological Phase Transitions and Thouless Pumping of Light in Photonic Waveguide Arrays
光子波导阵列为模拟传统的拓扑系统提供了一个很好的平台，也可以用来研究光子系统中的新拓扑相位。然而，体拓扑不变量的直接测量仍然是一个巨大的挑战。本文研究了广义公度Aubry-André-Harper（AAH）光子波导阵列的拓扑特性，通过计算所有的体陈数构建了拓扑相图，并通过分析拓扑边态及其缠绕数，探讨了体边对应关系.与无公度AAH模型相比，对角和非对角公度AAH模型在拓扑上是不等价的。特别地，出现了具有大Chern数的非平凡拓扑相和拓扑相变。通过在光子波导阵列中实现光的无源泵浦，我们提出了一种简单的测量体陈数的方案。
2016-09-30 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Topology and the optical Dirac equation
通过理解麦克斯韦方程组作为一个有效的狄拉克方程（“光学狄拉克方程”），我们重新检查电磁界面态和拓扑结构之间的关系。我们说明了一个简单的情况下，电磁材料参数发挥作用的“质量”和“能量”在一个等效的狄拉克方程。在旋向性介质和镜子之间的模式是在“畴壁”的对应模式，在畴壁狄拉克粒子的质量改变符号。考虑到一般情况下的任意电磁介质，我们提供了一个解析证明的积分的Berry曲率（陈数）的界面状态的数量。我们表明，这减少到通常的结果为周期性介质，也可以计算陈数，而不知道如何材料参数依赖于频率。
2018-09-20 physics.optics
Fermi arc reconstruction in synthetic photonic lattice
本文数值研究一维介电三层光栅，利用层间相对位移作为合成动量模拟无时间反演对称性的3D晶体，在通信波长下观察了Weyl半金属与Chern绝缘体间的相变，并首次实验证实了Weyl半金属界面处的费米弧重构理论预测。
2023-07-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Symmetry Classification of Topological Photonic Crystals
在一篇开创性的论文中，Halfman指出拓扑现象并不是量子系统所特有的，事实上，实验实现了电磁波的单向、无后向散射的边缘模式。这就提出了两个直接的问题：（1）在电磁介质中是否存在其他拓扑效应？（2）Halfman的光的量子霍尔效应真的类似于量子霍尔效应吗？我们最终回答这两个问题的分类拓扑光子晶体根据材料（而不是晶体）对称性。事实证明，有四种拓扑上不同类型的介质，其中只有一种，回转介质，是拓扑非平凡的$d = 2 , 3$。这意味着不存在尚未发现的拓扑效应;特别是，在经典电磁学中，不存在类似于量子自旋霍尔效应的效应。此外，至少在定性上，哈勒的光的量子霍尔效应类似于来自凝聚态物理的量子霍尔效应，因为这两个系统在相同的拓扑类中，A类。我们的观点也可以直接应用于其他经典波。
2017-12-06 math-ph math.MP physics.optics
Twisted fibre: a photonic topological insulator
本文提出通过在制备过程中扭转光纤来构建可扩展的光子陈绝缘体，利用扭转破缺有效时间反演对称性并诱导赝磁场，同时发现可保留实空间陈不变量的参数区间，从而实现对制备无序的拓扑保护。
2024-11-20 physics.optics
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
Three-dimensional topological valley photonics
该研究提出三维拓扑谷光子学框架，通过谷陈矢量实现矢量体谷涡旋与手性表面态，并理论结合实验验证其完整带隙及三维光子应用潜力。
2024-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topologically-protected refraction of robust kink states in valley photonic crystals
最近发现的谷型光子晶体（VPC）模拟了许多二维带隙谷型电子材料（如双层石墨烯或二硫化钼）的不寻常特性。光通信最感兴趣的是它们能够在两个VPC之间的内部畴壁处支持拓扑保护的手性边缘（扭结）状态，所述两个VPC具有光谱重叠的带隙区和相反的半整数valley-Chern指数。我们通过实验证明了VPC中的扭结态的鲁棒性，该扭结态支持简并横电类（TE）和横磁类（TM）拓扑相位，从而使单个拓扑波导中的偏振复用成为可能。扭结态的传播方向被锁定到反向Brave晶格的谷，因此，在没有谷间散射的情况下不能反向。在内部畴壁和将VPC与自由空间分离的外部边缘之间的相交处，扭结状态被示出为表现出>97%的耦合效率到定向自由空间光束中。这构成了第一个实验演示的meron像谷投影拓扑相位与半整数谷陈指数。
2017-06-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantized Angular Momentum in Topological Optical Systems
Chern指数表征了非互易光子系统的拓扑相位。与电子系统不同的是，光子学的陈氏数没有明确的物理意义，除了它决定了一个具有平凡镜的界面所支持的单向边缘态的净数量。在这里，我们填补了这一空白，证明光子陈数可以理解为量子的光角动量在光子绝缘体腔。证明了对于大腔，当离散谱可以用连续谱近似时，热涨落引起的角动量的谱密度在体态的带隙中是精确量子化的.光的角动量的非平凡期望值是由于闭合轨道中的热能循环。值得注意的是，这个结果可以扩展到没有拓扑分类的系统，在这种情况下，角动量密度的“量子”由腔壁支持的单向边缘态的净数量决定。
2018-11-09 physics.optics
The Emergence of Topological Nodal Points in Photonic Crystal with Mirror Symmetry
我们证明了在具有镜像对称性的光子晶体中可以出现拓扑节点。讨论了二维光子正方晶格中两个宇称不同的能带接触后自然分裂出四个拓扑节点的机制。这种节点的出现，其特征在于在动量空间中的涡旋结构，是由于不可避免的带交叉保护镜像对称。拓扑节点可以通过镜像对称性破缺来解扣，而光子Chern绝缘体可以通过时间反演对称性破缺来实现。时间反演对称性破缺和反转对称性破缺的联合作用进一步加强了有限尺寸效应，为螺旋边缘态的工程设计提供了途径。
2014-09-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Bounds on the Topological Charge of Photonic Systems
University of Lisbon – Instituto Superior Técnico and Instituto de Telecomunicações（里斯本大学 - 高等理工学院与电信研究所）；Instituto Universitário de Lisboa (ISCTE-IUL)（里斯本大学学院）；Centro de Física de Materiales, Universidad del País Vasco（巴斯克大学材料物理中心）
本文推导了光子系统中能隙陈数的严格上界，无需显式拓扑分析，适用于色散和非色散体系。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Topological crystalline protection in a photonic system
拓扑晶体绝缘体是一类具有体能隙和边缘或表面模式的材料，其在其边界处受到晶体对称性的保护。它们已经在电子系统中实现：特别是在SnTe中。在这项工作中，我们提出了一种机制，实现光子边界态拓扑保护的晶体对称性。我们将这个一维系统映射到一个二维晶格模型，该模型具有相反的磁场，以及在其奇偶镜像子空间中的相反的陈数，从而对应于拓扑镜像绝缘体。此外，我们测试如何敏感和强大的边缘模式取决于他们的镜像奇偶性进行时间相关的演化模拟边缘模式在光子设置与现实的实验参数。
2015-12-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topology of Far-field Signals for Photonic Crystal Slabs
本文研究了光子晶体板辐射场的远场能带拓扑性质，引入了围绕布里渊区边界的远场偏振绕数这一新拓扑不变量，证实其与能带Chern数存在稳健对应关系，并揭示了相变过程中偏振奇点交换引起的绕数变化，为理解拓扑材料提供了新见解。
2024-08-25 physics.optics
Topological Phases of Photonic Crystals under Crystalline Symmetries
本文利用动量空间高对称点场本征模的对称性表示，对有无时间反演对称性的一维、二维光子晶体拓扑能带进行完整分类，并用于诊断受阻原子极限、脆弱相及含 Dirac 点和 Chern 数的稳定拓扑相。
2023-03-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Probing bulk topological invariants using leaky photonic lattices
充满布洛赫带的拓扑不变量吸引了巨大的兴趣，支撑电子拓扑绝缘体和类似的人工晶格的玻色-爱因斯坦凝聚体，光子和声波。在后者的玻色子系统中，没有费米不相容原理来强制均匀的能带填充，这使得测量它们的体拓扑不变量具有挑战性。在这里，我们展示了如何实现可控填充玻色子带使用泄漏光子晶格。泄漏光子晶格在临界能量处具有束缚模式和辐射模式之间的跃迁，其作用类似于电子费米能级。将这种有效的费米能级调谐到带隙中，导致了体拓扑不变量如陈数的无序鲁棒动力学量子化。我们的研究结果建立漏晶格作为一个新的和高度灵活的平台，探索拓扑和非厄米波动物理。
2020-04-28 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
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
Berry phase, Berry Connection, and Chern Number for a Continuum Bianisotropic Material from a Classical Electromagnetics Perspective
量子拓扑绝缘体（PTIs）的性质，如Berry相位、Berry连接和陈数，通常通过在经典麦克斯韦方程和量子力学薛定谔方程之间进行类比来获得，并将两者都写成哈密顿形式。然而，上述量在本质上不一定是量子的，并且对于光子系统，它们可以仅使用经典概念来解释。在这里，我们提供了一个推导和描述的PTI量使用经典的麦克斯韦方程组，我们演示了如何电磁模式可以获得Berry相位，我们讨论了这种效果的后果。我们考虑几个例子，包括波在偏置等离子体中的传播，以及旋转各向同性发射器的辐射。这些概念的讨论没有调用量子力学，可以很容易地从工程电磁学的角度来理解。
2017-01-14 physics.optics quant-ph
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
