Floquet系统通过时间周期性驱动引发了多种新奇物理现象,如Floquet拓扑绝缘体中的反常边界态、离散时间晶体中的自发时间平移对称性破缺等。随着Floquet工程在凝聚态物理、光学、声学等领域的广泛应用,研究者开始关注将其引入非厄米晶格系统的效果。非厄米Floquet系统中,由于周期性时间调制,准能带呈现出无限重复的结构,如何表征其复杂的能量编织拓扑成为新的挑战。最近,《物理评论快报》(Physical Review Letters)在线发表了武汉大学物理学院邱春印教授团队的最新研究,论文题为“非厄米时空晶格中的拓扑编织”。该研究由童帅帅博士、张起成博士主导,邱春印教授为通讯作者,得到了国家自然科学基金和科技部的资助。
Floquet系统的周期性时间驱动引发了丰富的拓扑现象,尤其是在非厄米系统中,能带的无限重复和Floquet临界点的出现使得拓扑性质变得更加复杂。传统的静态非厄米系统能带有限,而Floquet系统由于时间调制,准能带无限重复,这种特性为拓扑表征带来巨大挑战。本研究提出并实验验证了一种全新的非平衡拓扑编织现象,存在于一维非厄米时空晶格中。与静态晶格不同,Floquet异常点的出现显著丰富了拓扑编织相。例如,任何B2群中的编织态都可以通过简单的两能带系统实现,无需长程跃迁。实验中,研究团队利用声学腔管结构和时间调制反馈电路,展示了这一独特的拓扑编织物理。通过调整驱动周期,准确捕捉了多个拓扑上不同的编织结构及其过渡态。
本研究提出了非厄米时空Floquet晶格系统中的拓扑编织概念,并通过声学平台成功实验验证。通过调整驱动周期,研究团队实现了多个拓扑上不同的编织态,并揭示了包含Floquet异常点的过渡态。这一突破得益于可控的声学非互易耦合及新开发的实验技术,可以重构时间独立的Floquet哈密顿量,从而提取周期驱动系统的本征值和本征态。理论上,本研究为Floquet多能带系统的拓扑编织提供了新的方向,未来可能揭示更多未探索的非阿贝尔Floquet编织物理。同时,该实验平台可广泛应用于探索非厄米Floquet拓扑态、时间调制下的非厄米皮肤效应等新现象,为设计创新型超材料和功能器件开辟新的可能性。
邱春印教授长期从事声学拓扑物态方面的研究,取得了一系列研究进展,以通讯作者身份发表Nature 1篇、Nature Physics 2篇、Phys.Rev.Lett. 13篇、Nature Communications 3篇,以及Science Advance 1篇。
图 1. 静态(Floquet)非厄米晶格中的复杂能量(准能量)带编织。
图 2. 在周期驱动的非厄米晶格中的拓扑编织。
图 3. 在合成空间中对非厄米时空晶格的声学模拟。
图 4. 观测驱动诱导的平庸-非平庸编织态的过渡。
图 5. 观测Hopf链接和三叶结时空拓扑编织态。
原文链接:
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.126603

