量子自旋霍尔绝缘体中的光学体-边界二分性

体-边界对应是拓扑量子材料中的关键概念。例如，量子自旋霍尔绝缘体具有体绝缘带隙，以及受底层 Z2 拓扑保护的无能隙螺旋边界态。然而，体-边界二分性与区别很少在光学实验中被探究，而光学实验能提供超越输运和电子能谱技术的关于拓扑载流子的独特信息。在此，我们利用中红外吸收显微光谱和泵浦-探测显微光谱来阐明 Bi4Br4（一种近期发现的室温量子自旋霍尔绝缘体）的体-边界光学响应。得益于红外光子的低能量和高空间分辨率，我们明确分辨出边界态的强吸收，而体吸收因其绝缘带隙受到抑制。此外，边界吸收表现出强烈的偏振各向异性，与拓扑边界态的一维性质一致。我们的红外泵浦-探测显微镜进一步测得边界态载流子寿命大幅延长，达到纳秒量级。该纳秒寿命比大多数拓扑材料长一到两个数量级，可归因于螺旋边界态的线性色散性质。我们的发现展示了拓扑材料中光学的体-边界二分性，并为研究拓扑光电子学提供了概念验证方法。