磁掺杂导致的光子合金中的二阶与一阶拓扑相变
无序系统与神经网络
2026-03-31 v1 光学
摘要
bulk-edge correspondence原理是拓扑物理学的基石，确保一阶拓扑系统在二维中拥有鲁棒的手性边缘态。这一理论后来被扩展到更高阶相位，其中二阶拓扑绝缘体表现出局部化、受拓扑保护的角态。虽然周期系统中这些不同相位之间的转变已被演示，但其在无序平台上的存在性仍是一个开放问题。本文演示了在二维光子合金中实现可控的从二阶拓扑相到一阶拓扑相的拓扑相变。通过调节磁掺杂浓度——通过将永久磁随机附加到交替磁化的蜂窝晶格中由非磁化的铈铁钴（YIG）棒构成——我们灵活地控制了系统的拓扑。当掺杂浓度为零时，我们观察到更高阶的角态，确认其平凡的Chern数和非零的bulk极化为1/3。随着掺杂浓度的增加，这些角态逐渐与bulk态融合，最终导致bulk传输间隙的关闭。掺杂浓度进一步增加后，bulk传输间隙重新打开，系统过渡到一阶拓扑相，由其非平凡的Chern数为-1以及手性边缘态的出现所特征。这种转变是可逆的，为在单个光子系统中灵活地在局部分散角态和去分散手性边缘态之间切换提供了高度可调和实验上简单的平台。
引用
@article{arxiv.2603.27924,
title = {Magnetic doping-induced second-order and first-order topological phase transition inthe photonic alloy},
author = {Xianbin Wu and Tiantao Qu and Xiaoxuan Shi and Lei Zhang and Jun Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.27924},
year = {2026}
}