无序光子晶体中的拓扑安德森绝缘体

光子拓扑绝缘体是一种由于其本身光子能带结构的拓扑性质而具有体带隙和鲁棒性边界态的光子晶体结构。它们最先由Haldane和Raghu等人提出，并由Wang等人在微波段用旋磁PhC实现——一种陈绝缘体的类比光学系统。之后拓扑光子学的一系列进展说明了许多其他的光子系统可以用来实现PTIs，包括耦合环形波导，以及波导阵列。另一方面，拓扑光子学的出现引起了人们对于光子晶体系统中无序的关注，光子晶体中的无序可以追溯到John关于光学结构中局域化的研究。在拓扑光子学的研究领域中，PTI中的拓扑边界态对于弱局部无序引起的局域化是免疫的，但是只要整体的无序足够大，就会引起模式的局域。更有趣的是，伴随着破缺的时间反演对称性，将无序引入系统，会引起拓扑平庸到非平庸的转变。这样一个无序引发的拓扑绝缘体，即拓扑安德森绝缘体（TAI），在体带隙中具有受拓扑保护的边界态，类似于陈绝缘体，但是无序消失后，它转变成平庸的绝缘体。这种现象已经在激光直写波导以及冷原子晶格中实现。 

       近日，来自新加坡南洋理工大学的张柏乐课题组报道了在以二维晶格形式排布的旋磁介质柱以及介电体的微波尺寸PhC上实现的TAI。在这个体系中，无序是通过在每个元胞中随机旋转介质柱的角度来得到。研究人员利用投射能谱方法来确定体带隙的宽度以及手性拓扑边界态的出现与否，以此来确定与无序强度的依赖关系是否与理论相符。利用场强度映射，研究人员展示了拓扑边界态可以越过不同形状和尺寸的拐角和缺陷。最后研究了缺陷引发的拓扑异质结，手性拓扑态沿着不同无序强度的域组成的边界传输。上述研究证明了拓扑边界态可以通过调制晶格中的无序量来引导。相关研究成果发表在《Physics Review Letters》上。（华金国）

文章链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.133603