研究透视：Nature-反常非互易拓扑边缘态的良好鲁棒性

‍拓扑绝缘体，是量子霍尔效应的直接推广。拓扑保护的边界态，在全介质光子晶体中特殊的光学性质，在特殊缺陷结构中独特的传输特性，尤其是对无序和缺陷的鲁棒性，已经成为拓扑系统的一个关键优势 。这体现在量子霍尔效应和自旋霍尔效应中，没有电子背向散射，以及经典类似物中的单向波导。二维 (2D) 拓扑绝缘体，特别是由于其紧凑的平面几何形状，与用于现代电子和光子学的制造技术一起，为各种工程领域，提供了前所未有的机会。在所有二维拓扑相中，陈氏绝缘体是目前最可靠的设计，因为其非互易边缘模式，具有真正的反向散射免疫能力，通过时间反转对称性破缺带来的。然而，这种对制造公差的抵抗，仅限于与其带隙相同数量级的波动，从而限制了仅对小扰动的弹性。今日，瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的Romain Fleury团队，在Nature上发文，报道了一个系统中的鲁棒性问题，在该系统中，边缘传输可以以任意大于带隙的强度（一种异常的非互易拓扑网络）在无序水平下存活。同时，探索了在由相位链路连接的单一三端口非互易散射体组成的系统中，获得这种不寻常效果所需的一般条件，并建立了异常边缘传输模式优于陈氏模式对任意大的相位链路无序的优越鲁棒性。同时，实验证实了异常相的特殊弹性，并证明了其在各种任意形状的无序多端口原型中的操作。研究结果，为在二维基板上实现高效、任意平面能量传输铺平了道路，波器件，可以完全防止大型制造缺陷。

图 1：拓扑非互易波网络及其体能带结构。

图 2：非互易波网络中的反常和陈氏拓扑相位。

图 3：反常非互易拓扑边缘传输的卓越鲁棒性。

图 4：不规则形状和无序网络的实验。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03868-7

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03868-7

本文译自“Nature”。