利用 Floquet 工程调控超冷极性分子以模拟拓扑绝缘体

我们提出了一份利用晶格囚禁超冷极性分子进行拓扑绝缘体量子模拟的、近期的定量实验蓝图。我们特别关注所谓的 Hopf 绝缘体，它代表了一种存在于常规十重分类与基于晶体对称性的拓扑绝缘体分类之外的三维拓扑物质态。其拓扑由链接数不变量保护，实现它需要长程自旋轨道耦合跳跃。尽管这些要素迄今阻碍了其在固态系统与其他量子模拟架构中的实现，我们在另一篇论文 [1901.08597] 中预测 Hopf 绝缘体实际上可自然出现于偶极相互作用系统中。本文研究极性分子晶格中的一种此类特定架构，其中有效“自旋”由子晶格自由度构成。我们引入两种技术以优化具有大带隙的偶极 Hopf 绝缘体，它们也应易于应用于其他奇异能带结构的模拟。首先，我们描述了利用 Floquet 工程控制偶极跳跃的范围与函数形式；其次，我们证明了分子 AC 极化率（在圆偏振光下）可用于精确调谐不同转动态间的共振条件。为验证后一技术适用于当前一代实验，我们从第一性原理计算了 ${}^{40}$K$^{87}$Rb 对 $\sigma^+$ 光的 AC 极化率。最后，我们表明实验能够通过改变晶格边缘的终止方式探测 Hopf 绝缘体的非寻常拓扑，这会产生三类不同的边缘模谱。