Science：非线性诱导的光子拓扑绝缘体

在二维和三维物理系统中探索拓扑绝缘体已经引起了科研界的广泛重视。拓扑绝缘体的一个显著特征是不受缺陷和晶格无序散射影响的鲁棒边缘传输。目前有研究工作是将拓扑和非线性结合起来，这可能使拓扑莫特绝缘体、相互作用产生的拓扑绝缘体(如近藤绝缘体和非阿贝尔拓扑绝缘体的产生成为可能，甚至可能驱动拓扑孤子的形成。

       然而，迄今为止，对非线性拓扑绝缘体及其相应的鲁棒边缘传输的研究受到各种限制，这些限制使得科学家们只能进行纯线性边缘状态动力学实验。

       有鉴于此，德国罗斯托克大学Alexander Szameit教授研究了非线性状态下物质的拓扑特性，利用光子平台，光学非线性可以引起光子晶格性质的拓扑变化。

图1. 非线性拓扑。

作者从理论上和实验上演示了非线性诱导产生光子拓扑绝缘体的过程，展示了非线性如何驱动一个初始的拓扑系统变为一个瞬态拓扑阶段，探针光被限制在沿结构边缘传播。在低激发功率下，探测光均匀地泄漏到晶格的其余部分，一个光学上微不足道的相位。在阈值功率以上，光学非线性导致光子晶格的拓扑性质发生变化。

       这些结果提供了一种动态控制光传播的途径。

图2. Driving protocol.

图3. 非线性引起拓扑动力学的实验观察。

图4. 非线性诱导的拓扑受保护的边缘状态的演变。

参考文献 Lukas J. Maczewsky et al, Nonlinearity-induced photonic topological insulator, Science, 2020 DOI: 10.1126/science.abd2033
       https://science.sciencemag.org/content/370/6517/701