高阶拓扑泵浦及其在光子晶格中的观测

Thouless [Phys. Rev. B 27, 6083 (1983)] 发现周期结构绝热泵浦循环中粒子输运的量子化，将陈数（一种表征二维电子气中量子霍尔效应的拓扑不变量）与一维动力学周期系统的拓扑联系起来。在此，我们展示其对应于高阶拓扑的对应物。具体而言，我们表明，在偶极矩为零（因而总体粒子输运为零）的二维晶体中，绝热循环仍可以是拓扑非平凡的。这些循环与高阶拓扑相关，并可通过其在某些超材料平台上产生角对角输运的能力来诊断。我们利用在间距和折射率上绝热调制的光子波导阵列，实验验证了与该拓扑泵浦相关的角对角输运。通过将此处演示的动力学现象从两个空间维和一个时间维映射到三个空间维，我们的观测等价于在三维二阶拓扑绝缘体中观测手性铰链态。