SPIE
观察非线性谷霍尔边缘状态的实验装置
信用:H
钟
夏等
，doi 10
1117/1
美国联合通讯社(Associated Press)
三
五
056001
衍射是光束的一种自然属性，它允许光线绕过障碍物
因为光是信息的载体，对于许多技术应用来说，衍射的一些扭曲效应必须得到缓解
拓扑绝缘体最早出现在凝聚态物理中，十多年来一直吸引着人们的兴趣
光子拓扑绝缘体可以帮助确保光束沿其边缘的一致传播
稳健的光子边缘态是发展片上光子技术的关键
虽然光子拓扑绝缘体可以确保边缘状态并防止其辐射到绝缘体的主体中，但是由于传播期间的衍射，边缘状态仍然可以沿着绝缘体的边缘变宽或扩展
为了解决这一问题，在光子学拓扑绝缘体中引入非线性来构造拓扑边缘孤子
由于衍射和非线性自作用的平衡，孤子是在传播过程中保持其形状的孤立波
合成孤子继承了其对应的线性拓扑边缘状态的拓扑保护
拓扑边缘孤子可以有效地防止光束的衍射和辐射问题
到目前为止，它们主要是在时间反转对称性被打破的光子拓扑绝缘体中研究的，这强烈依赖于外加磁场
然而，光子系统天生对磁场不敏感，因此经常需要精心设计波导结构，这在理论设计和实验实现上都提出了挑战
据《先进光子学》报道，来自西安交通大学和南开大学的研究团队最近发现了一种新的独立于磁场的拓扑边缘孤子
利用非线性光折变晶格，他们利用了谷霍尔效应，这是复合晶格结构中折射率调整的结果
“谷”是晶格能带结构中的一个区域
如果保持晶格的对称性，就能产生具有典型沙漏形状的狄拉克锥
通过在空间上调整复合晶格对称性，研究人员产生了第二类狄拉克锥的机翼状倾斜形状
这些锥体具有根据测量方向不同而不同的色散特性，它们允许准粒子介导的现象，这种现象在高能或凝聚态物理中是不存在的
谷霍尔边缘孤子继承了线性孤子的拓扑保护，不需要任何外部磁场
其结果是光束是坚固的、局部的，并且在长距离传播期间保持其形状
相应的作者，西安交通大学电子科学与工程学院的张贻琦说:“这项工作为拓扑边缘状态的空间操作提供了一种新的途径
我们的研究结果表明，不同物理机制的相互作用可能会为光子技术的发展带来新的可能性
“作者们相信，这种经过验证的方法可能在未来光子芯片的开发中有潜在的应用
除了潜在的应用之外，这一发现还可能有助于加深对特殊物理准粒子的集体理解，例如违反洛伦兹定律的第二类狄拉克/韦伊尔费米子
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