波导中拓扑增强的非互易散射和光子吸收

       物质的对称性保护拓扑相在材料科学中备受关注，并且可能在量子计算和量子技术中得到应用。光-物质相互作用是量子物理中的一个基本机制。一维（1D）波导是重要的光-物质界面，在量子器件和量子网络中有着举足轻重的地位。波导中的光子传输可以通过耦合到单个原子或原子阵列来控制。在亚波长区域，原子在不同位置发射的光子的干涉导致光子传输的集体增强和定向光子发射。在波导量子电动力学（QED）系统中，如果原子被困在纳米纤维周围，原子间的直接相互作用通常可以忽略不计。然而，在超导量子电路中，原子间的直接相互作用是必不可少的。通过设计这种相互作用，人们可以模拟凝聚态物理和高能物理中的许多模型，包括自旋模型、晶格规范理论和拓扑物质。

       光与物质的相互作用不受拓扑结构的影响，产生了一系列光学现象。为了理解这种反常光子吸收，清华大学微电子研究所、量子信息前沿科学研究中心的刘玉玺教授和中国科学院理论物理研究所的石弢研究员提出了一种多通道散射方法以研究边界态和体态通道的相互作用谱。通过打破反转和时间反转对称性，他们发现光子反射是各向异性的，但传输时却是各向同性的。他们随后对边界态通道进行分析，发现反射过程中的各向异性源于波导介质的非厄米相互作用，同时非厄米相互作用中的反演对称性却导致光子传输的各向同性。由于边界态和体态通道之间的相互作用，拓扑带隙变宽进一步增强了光子在波导中的非互易反射，并反常光子吸收。此外，他们还证明了该方案可以在超导量子电路中实现。这项工作显示了利用拓扑量子物质操纵光的潜力。相关研究成果发表在《Physical Review Applied》上。（钟雨豪）

      文章链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.044041