电路拓扑绝缘体作为光拓扑绝缘体的一种，因为存在集成电容电感、可实现亚波长尺寸的拓扑器件而受到大家的广泛关注。目前电路拓扑系统多讨论赝自旋自由度，对于谷自由度的研究比较少更不用说同时讨论赝自旋和谷自由度的情况。在凝聚态物理中，Kane-Mele模型是一个比较经典的同时包含自旋和谷自由度的系统，具有丰富的拓扑态。
近期，来自同济大学的研究团队利用线性电路网络模拟了Kane-Mele模型，理论上实现了电路量子自旋霍尔态和量子谷霍尔态。研究发现虽然电路系统只有玻色子时间反演对称性，但通过增加系统自由度和特殊连接的方式可以为系统引入类费米子时间反演对称性。这一额外的对称性保证了系统具有拓扑保护态。
在他们之前的工作中，他们利用相位的耦合机制，研究了拓扑Lieb晶格的拓扑相变和动力学演化过程。在最新的工作中他们通过任意相位的耦合实现了拓扑Kane-Mele电路模型。研究确认了系统丰富的拓扑态，包括量子自旋霍尔态和量子谷霍尔态。数值仿真结果确认了拓扑边界态的赝自旋方向选择激发和拓扑边界态传输的鲁棒性。系统体带的赝自旋谷锁定现象也得到确认。该系统奇特的边界态和体带性质可用于实现自旋分离器和谷分离器，并为控制电路信号提供了丰富的手段。相关研究都发表在近期的《Physical Review B》杂志上。
文章链接
Weiwei Zhu, Shanshan Hou, Yang Long, Hong Chen, and Jie Ren, Simulating quantum spin Hall effect in the topological Lieb lattice of a linear circuit network, Physical Review B 97, 075310 (2018).
https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.97.075310
Weiwei Zhu, Yang Long, Hong Chen, and Jie Ren, Quantum valley Hall effects and spin-valley locking in topological Kane-Mele circuit networks, Physical Review B 99, 115410 (2019).
https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.99.115410
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两江科技评论编辑部
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