撰稿|由课题组供稿
近日，山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室，贾锁堂教授、肖连团教授、梅锋教授带领的团队在拓扑物态研究方面取得重要进展。相关研究工作“Dynamical Detection of Topological Spectral Density” 于2024年1月17日发表在Physical Review Letters。该工作由山西大学独立完成，博士生张佳辉为论文第一作者，梅锋教授为通讯作者，贾锁堂教授和肖连团教授提供了重要指导。
图1 (a-d) 原理示意图: 动力学探测静态和Floquet拓扑局域态密度,揭示静态和Floquet拓扑边界态的能谱和空间分布拓扑特性。(e-j) 应用示例：Floquet拓扑局域态密度可以识别能谱上无法区分的平庸和非平庸高阶拓扑物态，包括0能和Pi能拓扑角态及其在空间角落内部的分布结构。
2.利用手征性量子动力学探测静态拓扑局域态密度。研究人员利用手征性量子动力学，探测了静态拓扑物态的局域态密度，展示了如何通过局域态密度揭示拓扑边界态的能谱和空间分布拓扑特性。基于BBH和2DSSH模型，研究人员研究了静态高阶拓扑物态的局域态密度探测。当元胞内耦合强度小于元胞间耦合强度时，体系处于非平庸高阶拓扑物态。不同之处在于，BBH模型的拓扑角模位于能隙中，2DSSH模型的拓扑角模位于能带中。根据从手性量子动力学中提取的能隙和能带拓扑局域态密度，可以揭示拓扑角态的空间分布和0能拓扑特性，测得拓扑角模的分数拓扑荷。
3.利用手征性量子动力学探测Floquet拓扑局域态密度。相比静态拓扑物态，周期性驱动Floquet拓扑物态具有独特的拓扑特性，包括周期性拓扑准能谱和Pi能拓扑边界态。由于Floquet拓扑体系是时间依赖的，之前的静态拓扑探测方法不能用于探测Floquet拓扑，如何直接测量Floquet拓扑极为关键。研究人员发现，手征性量子动力学可以直接探测Floquet拓扑物态的拓扑局域态密度。如图所示，研究人员研究了周期性驱动2DSSH模型中的Floquet高阶拓扑物态。平庸和非平庸两种情况具有相似连续准能谱（图1(e,h)），从能谱上无法区分两者。然而，从手性量子动力学中提取的Floquet局域态密度分布中可以区分，非平庸情况0能和Pi能Floquet局域态密度主要分布在四个角落元胞内不同子格上。此外，局域态密度的空间求和可以直接得到态密度，测出周期性拓扑准能谱，从能谱上直接识别和区分0能和Pi能拓扑角模。
该研究得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金、量子光学与光量子器件国家重点实验室以及省部共建极端光学协同创新中心的支持。
