(资料图片)

近日，南京大学固体微结构物理国家重点实验室、现代工程与应用科学学院的陈延峰教授团队的卢明辉教授课题组与西班牙马德里先进材料研究所的Johan Christensen教授课题组合作共同回顾了光声经典系统中拓扑物理的最新进展，并对该研究方向提供了开放性的展望。相关综述以“A second wave of topological phenomena in photonics and acoustics”为题发表于《Nature》期刊上。其他参与撰写的有南京大学现代工程与应用科学学院张秀娟副教授、日立ABB电网研究中心Farzad Zangeneh-Nejad博士和南京大学苏州校区功能材料与智能制造研究院陈泽国副教授。

常规拓扑光学和声学系统，例如打破时间反演对称性的Chern绝缘体、保留时间反演对称性并利用自旋轨道耦合实现的拓扑绝缘体、打破空间（反演、镜面）对称性实现的谷霍尔绝缘体、以及具有奇异能带简并的无能隙拓扑结构、Floquet拓扑绝缘体等，它们的拓扑性质都由基于布洛赫能带理论的拓扑不变量进行描述和表征。然而，最近的研究表明，在非厄米、非线性、非阿贝尔或存在拓扑缺陷的非常规系统中，系统哈密顿量的本征能量或本征向量出现复数、能带出现缠绕交织，传统的布洛赫能带理论不再适合表征其拓扑性质（见图1）。随着大量相关研究工作的涌现，拓扑物理正在经历新一波的发展浪潮。其中，光/声学系统得益于其高度可控的材料设计、加工及检测平台，光子和声子等玻色子的非平衡态特性，正在迎来拓扑物理的新一波的发展。陈延峰教授和卢明辉教授团队长期从事人工微结构材料拓扑物理的研究，在常规拓扑方面取得了非常丰富的研究成果，例如首次实现声拓扑绝缘体；在非常规拓扑物理领域也积累了较为丰富的研究经验，尤其是在非厄米拓扑方面，例如非厄米PT对称、非厄米奇异特性、非厄米趋肤效应等。我们注意到非常规拓扑物理近年来发展迅速，意识到对其进行回顾、总结和展望的必要性和迫切性。本综述总结了最具代表性的几类非常规拓扑体系，包括非厄米拓扑、非线性拓扑、非阿贝尔拓扑以及拓扑缺陷等方面的最新进展，并对该领域的下一步发展提供了开放性的展望。