科研速递 | 香港中文大学（深圳）理工学院解碧野教授团队在国际物理学期刊《Physical Review A》上发表文章

摘要

近日，香港中文大学（深圳）理工学院解碧野教授与香港大学研究者合作，在国际物理学期刊《Physical Review A》上以Letter形式发表题为“Photonic topological pump between chiral disclination states”的研究文章，解碧野教授和香港大学游欧波博士为本论文共同第一作者，香港大学张霜教授为通讯作者。

1. 研究背景

拓扑泵浦阐述了一种量子现象，即粒子可以通过一维势的缓慢循环变化来传输，而不需要额外的外部驱动电场或者磁场。著名的阿基米德螺旋杆（如图1所示）模拟了一种经典泵的现象，它可以通过转动管道内的螺旋形表面来抽水。与阿基米德螺旋杆不同的是，其通过转动过程连续泵水，而拓扑泵却以离散的方式产生，通过每次循环泵出可量化的粒子数。拓扑泵浦的实验研究推动了高维量子霍尔物理，弹性波与声波等研究方向的发展。

图1. 阿基米德螺旋杆

2. 研究内容

本研究基于体-位错对应将拓扑泵浦的研究扩展到扭曲系统中，并表明量子化的拓扑泵浦不会被晶格畸变所破坏。

具体地，由图2所示，本研究通过改变C₆对称晶格所形成的C₄畸变晶格在保持其手性对称时，系统存在一对零能的chiral partner（如图2 h, g所示）。通过改变两套子格点上的位能差，和胞内与胞间耦合差来实现相空间的演化轨迹（如图3（b）所示），可看出其演化轨迹包围着相变点，从而证明其是拓扑泵浦特征。

图2. C₄畸变晶格模型与本征态

图3. 拓扑泵的参数演化

本研究设计了两个畸变晶格所组成的结构（如图4（a）所示），我们发现通过如图3所示参数的演化，晶格右方缺陷手性为正的零能态泵浦到了左方的缺陷处手性为负的零能态。另外，为了避免左右核心泵送到对应缺陷处的两个核心（由于几何镜像对称导致的零能处四重简并），研究通过引入on-site energy来打破局域的手性对称（如图4（b）所示）。

图4. 非局域拓扑泵浦

最终本研究通过研究基于Volterra process实现的拓扑螺旋位错态依然可以实现拓扑泵浦现象，这是首次在扭曲晶格中证明存在拓扑泵浦现象。该研究将为未来拓扑泵浦能量传输提供更为灵活的平台。

论文链接：

https://journals.aps.org/pra/pdf/10.1103/PhysRevA.106.L021502

3. 作者简介

解碧野教授2013年本科毕业于中国科学技术大学凝聚态物理专业，2017年博士毕业于香港大学物理系，2018-2022年分别在南京大学现代工程与应用科学学院和香港大学物理系从事博士后研究工作， 2022年3月加入香港中文大学（深圳）理工学院担任助理教授 (Tenure-track Assistant Professor)。曾获得香港大学UPF奖学金（2013），人工微结构科学与技术协同创新中心优秀博士后奖A类（2019）。

解碧野教授的研究方向为人工凝聚相材料(Artificial condensed phases materials), 包括拓扑光子学，拓扑声子学，高阶拓扑理论，非厄米拓扑系统，人工缺陷态和涡旋态，拓扑态的动力学演化和人工结构中的涌现物理现象等领域。解碧野教授同时致力于将理论成果应用在设计新型功能器件上，比如光学芯片，激光器，光通信和量子计算上。解碧野教授已以第一作者或通讯作者（包括共同）在Nat. Rev. Phys., Nat. Comm., Phys. Rev. Lett., Light: Sci. & Appl., Phys. Rev. B, Phys. Rev. Research, Opt. Express等国际期刊发表十余篇论文, 并担任APS系列期刊（包括PRL, PRB, PRA等）和OSA系列期刊（包括Optica, Photonic Research, OE, OL等）的审稿人。

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