跳到主要内容gydF4y2Ba

感谢您访问nature.com。您使用的是对CSS支持有限的浏览器版本。为了获得最好的体验,我们建议您使用最新的浏览器(或关闭Internet Explorer的兼容性模式)。同时,为了确保持续的支持,我们将在没有样式和JavaScript的情况下显示站点。gydF4y2Ba

三维光子晶体中的拓扑陈向量gydF4y2Ba

摘要gydF4y2Ba

物质拓扑相的范例,二维陈氏绝缘体gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,它的特征是由一个单一整数组成的拓扑不变量,标量Chern数。将陈氏绝缘子相从二维扩展到三维需要将陈氏数推广到三维gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba7gydF4y2Ba,类似于三维(3D)量子霍尔效应gydF4y2Ba8gydF4y2Ba,gydF4y2Ba9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba11gydF4y2Ba,gydF4y2Ba12gydF4y2Ba,gydF4y2Ba13gydF4y2Ba.这种三维陈氏绝缘体的陈氏矢量在实验上从未被探索过。在这里,我们使用磁可调谐的三维光子晶体实现了陈恩矢量及其拓扑表面状态的实验演示。我们展示了高达6的陈恩矢量幅度,高于之前在拓扑材料中实现的所有标量陈恩数。在曲面布里渊区由拓扑表面状态形成的等频轮廓形成环面结点或链,其特征整数由Chern向量决定。我们演示了一个样品,其表面状态在表面布里渊区形成(2,2)环面链接或Hopf链接,这在拓扑上与其他三维拓扑相的表面状态不同。这些结果建立了Chern向量作为三维拓扑材料中的固有体拓扑不变量,其表面状态具有独特的拓扑特征。gydF4y2Ba

这是订阅内容的预览,gydF4y2Ba通过你所在的机构访问gydF4y2Ba

访问选项gydF4y2Ba

买条gydF4y2Ba

在ReadCube上获得时间限制或全文访问。gydF4y2Ba

32.00美元gydF4y2Ba

所有价格均为净价格。gydF4y2Ba

图1:三维陈氏绝缘子的光子设计。gydF4y2Ba
图2:WP对湮灭时拓扑带隙开放的观察。gydF4y2Ba
图3:具有大陈矢量的光子三维陈绝缘体。gydF4y2Ba
图4:由垂直Chern向量形成的Hopf连杆表面状态。gydF4y2Ba

数据可用性gydF4y2Ba

本研究的资料可从南洋理工大学的数位资料库查阅gydF4y2Bahttps://doi.org/10.21979/N9/QTBDH7gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

参考文献gydF4y2Ba

  1. 没有朗道能级的量子霍尔效应模型:“宇称异常”的凝聚态实现。gydF4y2Ba理论物理。启。gydF4y2Ba61gydF4y2Ba, 2015-2018(1988)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  2. 张昌哲等。磁拓扑绝缘体中量子反常霍尔效应的实验观察。gydF4y2Ba科学gydF4y2Ba340gydF4y2Ba, 167-170(2013)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  3. 邓,Y.等。内禀磁拓扑绝缘体MnBi中的量子反常霍尔效应gydF4y2Ba2gydF4y2BaTegydF4y2Ba4gydF4y2Ba.gydF4y2Ba科学gydF4y2Ba367gydF4y2Ba, 895-900(2020)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  4. 赵玉峰等。量子反常霍尔绝缘子中的陈数调谐。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba588gydF4y2Ba, 419-423(2020)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  5. Serlin, M.等人。moiré异质结构内禀量子化反常霍尔效应。gydF4y2Ba科学gydF4y2Ba367gydF4y2Ba, 900-903(2020)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  6. 费米面上的贝瑞曲率:作为拓扑费米液体性质的反常霍尔效应。gydF4y2Ba理论物理。启。gydF4y2Ba93gydF4y2Ba, 206602(2004)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  7. 范德比尔特,D。gydF4y2Ba电子结构理论中的贝里相:电极化,轨道磁化和拓扑绝缘体gydF4y2Ba(剑桥大学出版社,2018)。gydF4y2Ba

  8. 霍珀林。强磁场中三维电子气体的可能状态。gydF4y2Ba日本。j:。理论物理。gydF4y2Ba26gydF4y2Ba, s3-3(1987)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  9. Kohmoto M., Halperin, B. I., Wu yiss .三维量子霍尔效应的丢番图方程。gydF4y2Ba理论物理。启BgydF4y2Ba45gydF4y2Ba, 13488(1992)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  10. 巴伦茨,L.和费舍尔,M. P.手性表面态在本体量子霍尔效应。gydF4y2Ba理论物理。启。gydF4y2Ba76gydF4y2Ba, 2782(1996)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  11. 杜斯特,杜利,P. J.,马兰诺斯基,K. D., Gwinn, E. G. & Gossard, a.c.整数量子霍尔效应中手性表面态的观察。gydF4y2Ba理论物理。启。gydF4y2Ba80gydF4y2Ba, 365-368(1998)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  12. 伯内维格,B. A.,休斯,T. L.,拉古,S. & Arovas, D. P.石墨三维量子霍尔效应的理论。gydF4y2Ba理论物理。启。gydF4y2Ba99gydF4y2Ba, 146804(2007)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  13. Tang, F.等。ZrTe中三维量子霍尔效应与金属-绝缘体跃迁gydF4y2Ba5gydF4y2Ba.gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba569gydF4y2Ba537-541(2019)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  14. 冯·克里岑等人,量子霍尔效应的40年。gydF4y2BaNat. Rev. Phys。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba, 397-401(2020)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  15. 哈桑,M. Z.和凯恩,C. L.学术讨论会:拓扑绝缘体。gydF4y2BaRev. Mod. Phys。gydF4y2Ba82gydF4y2Ba, 3045-3067(2010)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  16. 齐晓林,张世昌。拓扑绝缘体与超导体。gydF4y2BaRev. Mod. Phys。gydF4y2Ba83gydF4y2Ba, 1057-1110(2011)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  17. 霍尔丹,F. D. M. & Raghu .在打破时间反转对称性的光子晶体中定向光波导的可能实现。gydF4y2Ba理论物理。启。gydF4y2BaOne hundred.gydF4y2Ba, 013904(2008)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  18. 王志强,庄勇,朱诺普洛斯,J. D.和soljaovic .单向后向散射免疫拓扑电磁态的观测。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba461gydF4y2Ba, 772-775(2009)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  19. 小泽,T.等。拓扑光子学。gydF4y2BaRev. Mod. Phys。gydF4y2Ba91gydF4y2Ba, 015006(2019)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2BaMathSciNetgydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  20. 杨,Z.等。拓扑声学。gydF4y2Ba理论物理。启。gydF4y2Ba114gydF4y2Ba, 114301(2015)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  21. 马国强,肖明,陈崇棠。声学与力学系统的拓扑相。gydF4y2BaNat. Rev. Phys。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba, 281-294(2019)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  22. 万X,特纳,A. M., Vishwanath, A. & Savrasov, S. Y.拓扑半金属和费米弧表面态在焦绿石铱酸盐电子结构。gydF4y2Ba理论物理。启BgydF4y2Ba83gydF4y2Ba, 205101(2011)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  23. Armitage, N. P., Mele, E. J. & Vishwanath, A. Weyl和Dirac半金属在三维固体。gydF4y2BaRev. Mod. Phys。gydF4y2Ba90gydF4y2Ba, 015001(2018)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2BaMathSciNetgydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  24. Belopolski等人。室温磁体中拓扑Weyl费米子线和鼓面态的发现。gydF4y2Ba科学gydF4y2Ba365gydF4y2Ba, 1278-1281(2019)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  25. 刘,D.等。Kagomé晶体中的磁性Weyl半金属相。gydF4y2Ba科学gydF4y2Ba365gydF4y2Ba, 1282-1285(2019)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  26. Morali, N.等人。磁性Weyl半金属Co表面末端的费米弧多样性gydF4y2Ba3.gydF4y2BaSngydF4y2Ba2gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba2gydF4y2Ba.gydF4y2Ba科学gydF4y2Ba365gydF4y2Ba, 1286-1291(2019)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  27. Burkov, a . a . & Balents, L. Weyl半金属在拓扑绝缘体多层。gydF4y2Ba理论物理。启。gydF4y2Ba107gydF4y2Ba, 127205(2011)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  28. 陈昌哲等。Weyl半金属中的无序和金属-绝缘体跃迁。gydF4y2Ba理论物理。启。gydF4y2Ba115gydF4y2Ba, 246603(2015)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  29. 刘山,大月木,陈志强,陈志强。三维层状陈氏绝缘子的无序效应。gydF4y2Ba理论物理。启。gydF4y2Ba116gydF4y2Ba, 066401(2016)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  30. 肖俊,闫斌。拓扑量子材料的第一性原理计算。gydF4y2BaNat. Rev. Phys。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba, 283-297(2021)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  31. Devescovi, C.等人。具有可定向大陈氏矢量的立方三维陈氏光子绝缘体。gydF4y2BaCommun Nat。gydF4y2Ba12gydF4y2Ba, 7330(2021)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  32. 王志勇等。三维自旋轨道耦合量子气体中理想Weyl半金属带的实现。gydF4y2Ba科学gydF4y2Ba372gydF4y2Ba, 271-276(2021)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  33. Manturov, V。gydF4y2Ba纽结理论gydF4y2Ba(CRC出版社,2018)。gydF4y2Ba

  34. Jotzu, G.等人。超冷费米子拓扑霍尔丹模型的实验实现。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba515gydF4y2Ba, 237-240(2014)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  35. Belopolski等人。拓扑磁体中环链量子态的观察。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba604gydF4y2Ba, 647-652(2022)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  36. Slobozhanyuk, A.等人。三维全介电光子拓扑绝缘体。gydF4y2BaNat,光子。gydF4y2Ba11gydF4y2Ba, 130-136(2017)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

  37. 杨,Y.等。三维光子拓扑绝缘体的实现。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba565gydF4y2Ba, 622-626(2019)。gydF4y2Ba

    文章gydF4y2Ba广告gydF4y2Ba中科院gydF4y2Ba谷歌学者gydF4y2Ba

下载参考gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

我们感谢新加坡国家研究基金会竞争性研究项目的资助。NRF-CRP23-2019-0007)和新加坡教育部三级学术研究基金(批准号:NRF-CRP23-2019-0007);moe2016 - t3 - 1 - 006)。彭志强、郑国光、杨颖接受国家自然科学基金(批准号:52022018、52021001、12104211、6101020101、62175215)和中国工程院(批准号:62175215)的资助。2022 - xy - 127)。gydF4y2Ba

作者信息gydF4y2Ba

作者及隶属关系gydF4y2Ba

作者gydF4y2Ba

贡献gydF4y2Ba

Y.Y.和g.g.l.发起了这个项目。q.w进行了紧密绑定计算。g.g.l.和X.X.进行了模拟。g.g.l., z.g., Y.Y.和B.Z.设计实验。Z.G.和P.Z.制作样品。P.Z, y.h h, M.W.和C.L.进行了测量。g.g.l, y.y., p.z., Z.G, Q.W, X.L, X.X, l.d., s.a.y., Y.C.和B.Z.分析了结果并撰写了手稿。b.z., y.c., Y.Y.和P.Z.负责监督这个项目。gydF4y2Ba

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2BaPeiheng周gydF4y2Ba,gydF4y2Ba亿阳gydF4y2Ba,gydF4y2BaYidong庄gydF4y2Ba或gydF4y2Ba张佰乐gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

道德声明gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者声明没有利益竞争。gydF4y2Ba

同行评审gydF4y2Ba

同行评审信息gydF4y2Ba

自然gydF4y2Ba感谢Alexander Khanikaev和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。gydF4y2Ba同行评审报告gydF4y2Ba是可用的。gydF4y2Ba

额外的信息gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。gydF4y2Ba

扩展的数据图形和表格gydF4y2Ba

图1旋磁材料的磁导张量。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba,gydF4y2BabgydF4y2Ba,频率相关元素gydF4y2BaμgydF4y2BargydF4y2Ba而且gydF4y2BaκgydF4y2Ba旋磁材料的磁导张量gydF4y2BaBgydF4y2Ba分别= 0.20 T和0.45 T。灰色虚线gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba为图中的Weyl频率。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,其中的灰色矩形gydF4y2BabgydF4y2Ba为图中光子晶体的带隙。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba.gydF4y2BacgydF4y2Ba, DispersionlessgydF4y2BaμgydF4y2BargydF4y2Ba而且gydF4y2BaκgydF4y2Ba在所有的模拟中采用作为偏置磁场的函数。gydF4y2Ba

扩展数据图2陈数分量gydF4y2BaCgydF4y2BazgydF4y2Ba光子晶体。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BacgydF4y2Ba,陈数分量gydF4y2BaCgydF4y2BazgydF4y2Ba在二维BZ平面上计算gydF4y2BakgydF4y2BazgydF4y2Ba沿着图中的紫色虚线。gydF4y2Ba1 bgydF4y2Ba.磁场gydF4y2BaBgydF4y2Ba= 0 T, 0.20 T, 0.45 T,对应图中的能带图。gydF4y2Ba1 d, egydF4y2Ba,gydF4y2BafgydF4y2Ba,分别。gydF4y2BadgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BahgydF4y2Ba,陈数分量gydF4y2BaCgydF4y2BazgydF4y2Ba在二维BZ平面上计算gydF4y2BakgydF4y2BazgydF4y2Ba沿着图中的紫色虚线。gydF4y2Ba3 bgydF4y2Ba.磁场gydF4y2BaBgydF4y2Ba= 0 T, 0.20 T, 0.35 T, 0.42 T, 0.50 T,分别对应图中模拟和实测的表面强度。gydF4y2Ba3 egydF4y2Ba.gydF4y2Ba

图3定性紧密结合模型。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba,图中设计的光子晶体定性紧密结合模型。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba.gydF4y2BabgydF4y2Ba,中模型相位图gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba.它分别以(0,0,0)和(0,0,±1)的Chern向量表征三维平凡绝缘体相和三维Chern绝缘体相。gydF4y2BacgydF4y2Ba,单位细胞内两层定性紧密结合模型。gydF4y2BadgydF4y2Ba,中模型相位图gydF4y2BacgydF4y2Ba.每个间隙相都用陈向量标记。棕色和灰色区域分别代表无间隙Weyl半金属相,在第一个BZ中分别拥有四个和两个wp。在这里,gydF4y2BatgydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 1.2,粉色、蓝色、棕色、绿色虚线表示的层间联轴器分别为3、0.5、2、1.5。gydF4y2Ba

扩展数据图4磁场旋转相变。gydF4y2Ba

图中设计的光子晶体。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba并在仿真中作为一个典型的例子加以考虑。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,磁场可旋转在gydF4y2Bax zgydF4y2Ba飞机。gydF4y2BabgydF4y2Ba,通过调整两个耦合孔之间的半径差得到光子晶体的相位图gydF4y2BaRgydF4y2Ba=gydF4y2BargydF4y2Ba2gydF4y2Ba−gydF4y2BargydF4y2Ba1gydF4y2Ba和gydF4y2BaxgydF4y2Ba-轴和磁场gydF4y2BaαgydF4y2Ba(gydF4y2BaBgydF4y2Ba= 0.45 t)。灰色区域:含有两个wp的Weyl半金属相。gydF4y2BacgydF4y2Ba,散装BZ。蓝点和红点是拓扑电荷相反的两个理想wp,当gydF4y2BaαgydF4y2Ba=π/ 6。红色和蓝色箭头表示增强后wp的移动方向gydF4y2BaαgydF4y2Ba.gydF4y2BadgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BafgydF4y2Ba,光子晶体的能带图gydF4y2BaRgydF4y2Ba=−0.7 mm和gydF4y2BaαgydF4y2Ba分别是π/6和π/2。绿色矩形gydF4y2BadgydF4y2Ba代表从19.1到19.7 GHz的完整三维平凡带隙。里面的蓝点gydF4y2BaegydF4y2Ba为WP。红色矩形gydF4y2BafgydF4y2Ba代表19.3 - 19.7 GHz的完整三维拓扑带隙。gydF4y2Ba

扩展数据图5实验设置。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba,图中制备样品的俯视图。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,其中顶部的第一块铜板被移动,以便于可视化。gydF4y2BabgydF4y2Ba,连接孔中插入铜柱作为金属障碍物。gydF4y2BacgydF4y2Ba,用于产生磁场的电磁铁。gydF4y2BadgydF4y2Ba,三个壁面相同的三角形样品。gydF4y2BaegydF4y2Ba,图中演示中使用的具有垂直陈向量的两个界面光子晶体的设置。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

图6手性表面态的频率依赖性表面色散和鲁棒性。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba,gydF4y2BacgydF4y2Ba,图中所示制备样品正面(010)表面的测量表面色散。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba为gydF4y2BaBgydF4y2Ba分别= 0.20 T和0.45 T。三种价值观gydF4y2BakgydF4y2BazgydF4y2Ba= 0,0.53 π/gydF4y2BahgydF4y2Ba,和1π/gydF4y2BahgydF4y2Ba被选中。gydF4y2BabgydF4y2Ba,gydF4y2BadgydF4y2Ba,模拟带结构在正面(010)表面为gydF4y2BaBgydF4y2Ba分别= 0.20 T和0.45 T。白色和绿色曲线gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba而且gydF4y2BacgydF4y2Ba分别表示投影体分散体和表面分散体的模拟包络。蓝色曲面在里面gydF4y2BabgydF4y2Ba而且gydF4y2BadgydF4y2Ba表示拓扑表面状态,而橙色的表表示的信封的投射体分散。gydF4y2BaegydF4y2Ba,图所示制备样品中手性表面态的实测场分布。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba.表面态由一个在19.6 GHz振荡的点源(青色星)激发。gydF4y2BafgydF4y2Ba,在相同的设置中测量的场分布gydF4y2BaegydF4y2Ba,而铜柱(黄色杆)插入样品作为金属障碍。样品的正面(010)、左(100)和右(100)表面覆盖有铜包层,所有其他表面都有微波吸收器。样品在0.45 T沿+偏置gydF4y2BazgydF4y2Ba轴。手性表面态可以平滑地绕过尖角和障碍物而不散射。由于表面波沿铜柱的弥散较弱,在沿铜柱传递时主要局限在各自的层上gydF4y2BazgydF4y2Ba设在。gydF4y2Ba

扩展数据图7图中模型的带图仿真gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaegydF4y2Ba,图中光子晶体的能带图。gydF4y2Ba3 egydF4y2Ba在不同的磁场中。gydF4y2BafgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BajgydF4y2Ba,图中不同光子晶体的能带图。gydF4y2Ba3 f jgydF4y2Ba在同样的磁场下gydF4y2BaBgydF4y2Ba= 0.45 t。gydF4y2Ba

扩展数据图8 (gydF4y2Ba米gydF4y2Ba,gydF4y2BangydF4y2Ba)-环面结/链接与不同的组合gydF4y2Ba米gydF4y2Ba而且gydF4y2BangydF4y2Ba.gydF4y2Ba

红色、蓝色、绿色和黄色代表第一、第二、第三和第四个环,它们围绕着环面而不交叉。与非质素的连接gydF4y2Ba米gydF4y2Ba而且gydF4y2BangydF4y2Ba用灰色背景突出显示。最简单的连杆是(2,2)环面连杆,或者环面上的Hopf连杆。gydF4y2Ba

图9垂直Chern向量的构造。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba,gydF4y2BaegydF4y2Ba,陈氏矢量光子晶体的单位细胞gydF4y2Ba\ ({{\ bf {C}}} _{1} = 2 \帽子{z} \)gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba\ ({{\ bf {C}}} _{2} = 2 \帽子{x} \)gydF4y2Ba,分别。这两个单元格除了方向不同外完全相同。维度是gydF4y2BargydF4y2Ba= 1.2 mm,gydF4y2BahgydF4y2Ba1gydF4y2Ba= 4毫米,gydF4y2BahgydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 1毫米,gydF4y2BargydF4y2Ba1gydF4y2Ba= 2.6 mm,和gydF4y2BargydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 1.2 mm。偏置磁场gydF4y2BaBgydF4y2Ba= 0.5 T的方向为gydF4y2Ba\ \帽子{x} + \帽子{z} \)gydF4y2Ba.gydF4y2BabgydF4y2Ba,gydF4y2BafgydF4y2Ba的模拟带图gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,gydF4y2BaegydF4y2Ba,它们是相同的。带隙用粉红色突出显示。gydF4y2BacgydF4y2Ba,gydF4y2BaggydF4y2Ba,分别为正面和背面(010)表面测量19.6 GHz的表面强度。绿线表示模拟费米环表面状态。gydF4y2BadgydF4y2Ba,gydF4y2BahgydF4y2Ba,模拟的费米环表面态以环面几何形式环绕曲面BZ。gydF4y2Ba

图10 Hopf链面态的形成。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba,gydF4y2BabgydF4y2Ba, Chern向量诱导的曲面费米环图解gydF4y2Ba\ ({{\ bf {C}}} _{1} = 2 \帽子{z} \)gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba\ ({{\ bf {C}}} _{2} = 2 \帽子{x} \)gydF4y2Ba,分别。gydF4y2BacgydF4y2Ba,表面费米环在两个光子晶体之间存在耦合的情况下重新排列gydF4y2Ba\ ({{\ bf {C}}} _{1} = 2 \帽子{z} \)gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba\ ({{\ bf {C}}} _{2} = 2 \帽子{x} \)gydF4y2Ba.蓝色和红色实线描绘了环绕BZ的两个费米环。gydF4y2BadgydF4y2Ba蓝色和红色的线分别在环面几何中形成一个环,两个环形成一个Hopf链接。gydF4y2Ba

补充信息gydF4y2Ba

权利和权限gydF4y2Ba

根据与作者或其他权利持有人签订的出版协议,《自然》杂志或其许可方对本文拥有独家权利;作者对这篇文章接受的手稿版本的自我存档仅受此类出版协议的条款和适用法律的约束。gydF4y2Ba

转载及权限gydF4y2Ba

关于本文gydF4y2Ba

通过CrossMark验证货币和真实性gydF4y2Ba

引用本文gydF4y2Ba

刘国强,高志强,王志强。gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba三维光子晶体中的拓扑陈向量。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba609gydF4y2Ba, 925-930(2022)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-05077-2gydF4y2Ba

下载引用gydF4y2Ba

  • 收到了gydF4y2Ba:gydF4y2Ba

  • 接受gydF4y2Ba:gydF4y2Ba

  • 发表gydF4y2Ba:gydF4y2Ba

  • 发行日期gydF4y2Ba:gydF4y2Ba

  • DOIgydF4y2Ba:gydF4y2Bahttps://doi.org/10.1038/s41586-022-05077-2gydF4y2Ba

评论gydF4y2Ba

通过提交评论,您同意遵守我们的gydF4y2Ba条款gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba社区指导原则gydF4y2Ba.如果您发现一些滥用或不符合我们的条款或指导方针,请标记为不适当。gydF4y2Ba

搜索gydF4y2Ba

快速链接gydF4y2Ba

自然简报gydF4y2Ba

报名参加gydF4y2Ba自然简报gydF4y2Ba时事通讯-什么重要的科学,免费到您的收件箱每天。gydF4y2Ba

获取当天最重要的科学故事,免费在您的收件箱。gydF4y2Ba 注册《自然简报》gydF4y2Ba
Baidu
map