暗拓扑谷霍尔边缘孤子

沿光子拓扑绝缘体边缘传播的拓扑边缘孤子是局域的自持杂化态，由于系统非平凡拓扑所致的边缘态保护，其对缺陷/无序免疫。本文预言，在两个具有破缺反演对称性的蜂窝晶格之间的畴壁上可形成异常稳健的暗谷霍尔边缘孤子。该底层结构可用飞秒激光直写制备，具有可形成良好局域暗边缘孤子的大带隙，且与破缺时间反演对称性的系统不同，其拓扑相的实现无需外磁场或复杂的纵向波导调制。我们给出包络方程，可解析构造暗谷霍尔边缘孤子。此类孤子传播时不向晶格体辐射，并能绕行尖角，从而可观测其沿闭合三角形畴壁边界的持续环流。即便底层晶格存在无序，它们也能在极长距离上存活。我们还研究了紧邻暗拓扑谷霍尔边缘孤子的相互作用，表明它们相互排斥并导致两个灰边缘孤子的形成，以不同于构造初始暗孤子所基于的线性边缘态群速度的群速度运动。我们的结果表明，非线性谷霍尔系统可支撑丰富的新自持拓扑态，并可能启发在原子蒸气与极化子凝聚等其他非线性系统中的研究。