《自然》:苏大物理学院与南大电子学院联合报道拓扑晶体绝缘体中的分数电荷

发布时间:2021-01-22浏览次数:11

近日,《自然》在线发表了南京大学电子科学与工程学院和苏州大学物理学院合作在拓扑光子学方面的最新研究成果。他们以光子晶体为载体,构造了一种人工拓扑晶体绝缘体,利用近场扫描和态密度测量首次成功观测到旋错导致的光子局域态和分数电荷。

1. 拓扑绝缘体的体-旋错对应关系。


拓扑光子学是物理与数学高度融合的交叉课题,近年来得到国际广泛关注。传统能谱的体-边对应关系(bulk-edge correspondence)被认为是拓扑材料(包括拓扑绝缘体、拓扑半金属和拓扑超导体)最显著的物理特征,常被作为区分和表征拓扑材料的方法。最近十年来,随着物理理论、材料计算和材料制备技术的进步,人们提出并发现了很多由晶体对称性所保护的拓扑材料(即拓扑晶体材料,包含拓扑晶体绝缘体、拓扑晶体半金属、拓扑晶体超导体)。这些材料往往不遵循体-边对应关系,甚至很难通过能谱确定他们的拓扑指标。这成为拓扑物理中实验和材料研究的一大挑战。蒋建华教授与蒲殷副教授利用光子旋错模型,设计并验证了体——旋错对应关系。实验发现旋错局域态仅存在于拓扑材料中,是一种非常稳定的电磁态。他们类比电子系统,利用局域态密度间接测得分数化的电荷。这些验证和发现为拓扑物理和材料的研究开辟了新的道路和方向,并特别显示出光子晶体和超材料在基础物理研究中的重要价值,为未来构造光拓扑器件原型提供了理论基础。


苏州大学刘洋、林志康和南京大学19级硕士生梁树炜和李飞飞副研究员为论文的共同第一作者,苏大蒋建华教授和南大蒲殷副教授为论文的共同通信作者。电子学院18级硕士陶秀锋在实验设计、测量和结果分析等方面做出了重大贡献。该研究受到国家自然科学基金委(61671232, 61771237,12074281))、江苏省优势学科和中央高校等项目和平台的资助。


全文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-03125-3