子空间对称性保护拓扑态研究获突破

对称性保护的拓扑相中关于扰动的分类示意图。 南开大学供图

来源：中国科学报

本报讯（记者陈彬 通讯员戴建芳）南开大学教授陈志刚课题组与国外学者合作发现, 即使系统不再具有量子化的拓扑不变量和某种整体对称性， 拓扑边界态依然可以在相应的子空间存在，由子对称性保护。相关研究成果近日发表于《自然-物理学》。

非平凡拓扑最典型的特征就是存在受特定对称性保护的拓扑边界态，通常人们认为拓扑边界态、拓扑不变量和对称性之间紧密关联， 不可或缺，即破坏对称性的任何扰动都会同时破坏拓扑不变量和拓扑边界态。然而，研究人员通过引入和探究子对称性的概念，发现传统意义上全局对称性对于拓扑边界态的保护并非完全必要。实际上，只需满足特定子空间的对称性，拓扑边界态就会受到保护，即使此时整体拓扑不变量已不存在。

研究团队巧妙地设计并利用弱光直写制备了光子晶格结构，以满足不同子空间对称性条件，实验演示了最典型的一维SSH和二维Kagome拓扑晶格中受到子对称性保护的拓扑态。此外，他们在Kagome晶格模型中创新性地引入了长程耦合对称性，解决了目前关于Kagome晶格中高阶拓扑态存在和拓扑保护性的争议问题。

该研究不仅挑战了人们对受对称性保护拓扑态的传统认知，还为拓扑物态在不同物理背景下的研究和应用提供了新思路，有望推动拓扑光子学及其前沿交叉领域的发展和新一代拓扑光子器件的研发。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41567-023-02011-9

《中国科学报》 (2023-04-21 第1版要闻)