周期驱动冷原子体系中的新奇拓扑物态

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自1982年发现量子霍尔效应以来,受拓扑保护的导电边缘态得到人们的广泛关注,随后与之相关的拓扑绝缘体、拓扑超导体、外尔半金属和光子拓扑绝缘体相继被发现。其中一个有趣的方向就是寻找具有新奇拓扑性质的物态,例如,具有大拓扑数的物态。大拓扑数的物态具有更多的边缘模式,这些边缘模式可以有效地降低接触电阻来改善某些拓扑电子器件的性能。在光子晶体中,这些新奇的物态可以被用来实现无反射的波导管、组合器以及单向光子回路。虽然理论研究表明一些固体物理系统可以实现大拓扑数的物态,但是由于固体系统内部不同形式的自由度之间非常复杂的相互作用,实验实现大拓扑数的物态仍然很困难。研究发现,对系统引入含时周期性调控外场,常规绝缘体也可以表现出非平庸的拓扑性质,这一类绝缘体被称为Floquet拓扑绝缘体。通过某些周期调控手段,比如电磁场和周期性淬火,系统的能带结构和材料性能会被改变。除了在拓扑平庸的绝缘体中实现非平庸的拓扑相,Floquet调控也可以诱导出一个等效的长程相互作用并得到一些新奇的拓扑物态。然而,这些方案在真实材料中仍然难以实现。近年来冷原子系统中人工自旋轨道耦合的成功合成为在冷原子系统中仿真拓扑量子系统铺平了道路。基于冷原子系统的高度可控性,囚禁在光晶格中的冷原子为实现和研究拓扑物态提供了一个很好的平台。特别是,人们在冷原子体系中已经成功制备出各种各样的拓扑物态。在本文中,我们通过周期振动拉曼晶格实现了对大拓扑数物态的制备。通过调节拉曼晶格和光晶格之间的相位差,我们发现在一维和二维冷原子体系中均可实现数目广泛可调的边缘态。并且我们建立了一个方法,可以用来判断驱动参数跨越相边界时拓扑数的变化规则。我们的方案为冷原子实验提供了一个切实可行的实现具有大拓扑数的新奇拓扑物态的方案。
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