利用光晶格中的冷原子探索拓扑双外尔半金属

我们利用光晶格中的冷原子探索双外尔半金属的拓扑性质。我们首先提出，通过设计三维光晶格中的原子跃迁，实现一个模拟具有一对双外尔点的双外尔半金属的紧束缚模型。我们展示了拓扑荷为 $\pm2$ 的双外尔点表现为动量空间中贝里通量的源和汇，由两条费米弧连接，并且它们受到 $C_{4h}$ 点群对称性的保护。通过施加一个可实现的 $C_4$ 破缺项，我们发现每个双外尔点分裂为两个单外尔点，并在由有效塞曼项强度和 $C_4$ 破缺项强度所张成的参数空间中获得了丰富的相图，其中除了双外尔半金属相外，还包含一个拓扑绝缘相、一个正常绝缘相以及两个分别具有八个和四个单外尔点的拓扑外尔半金属相。此外，我们通过数值模拟证明：(i) 可以通过测量布洛赫振荡后的原子转移比例来探测模拟的双外尔点和单外尔点；(ii) 相图中不同量子相的陈数可以从混合瓦尼尔函数的中心位移中提取，该位移可通过飞行时间成像直接测量；(iii) 具有 $C_4$ 对称性的布洛赫哈密顿量的能带拓扑结构，可以简单地通过测量光晶格中凝聚体在高对称动量点的自旋极化来探测。所提出的系统将为深入研究双外尔半金属的内禀奇异物理及其相关的拓扑相变提供一个有前景的平台。