「前沿技术」费洛凯陈数光绝缘体

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受美国陆军研究署和空军研究署资助，宾夕法尼亚大学和麻省理工学院合作，通过打破时间反演对称性，在动态驱动系统中实现了费洛凯陈数光绝缘体。

拓扑光子学利用麦克斯韦方程研究各种拓扑相，并将结果应用于光学系统。光隔离器、光环形器等诸多拓扑光子学的重要应用都是不可逆的，只能由时间反演对称性被破坏的系统（即费洛凯陈数光绝缘体）实现。在静态系统中，一般利用静态扰动破坏互易性而实现时间反演的破坏。研究人员在有外部驱动的非线性光子晶体中，实现了费洛凯陈数光绝缘体以及不可逆传输。实验先从麦克斯韦方程的费洛凯特征值出发，证明该值一定是非厄米的，但在许多情况下有实数特征值；然后，证明在有驱动时，非线性光子晶体存在时间反转对称性；随后设计外部驱动器，打破光子晶体的时间反演对称性，并通过关闭或打开费洛凯带隙来改变能带的陈数；最后，通过数值模拟，演示费洛凯陈数光绝缘体，并证明这种绝缘体和普通绝缘体的界面处存在手性边缘态。

图1 费洛凯陈数光绝缘体和普通绝缘体的界面处存在的手性边缘态

这项研究将促进动态驱动光学系统的开发，并为制造用于通信和信号路由的光隔离、单向传输等器件奠定了基础。

（蓝海星）