光子时空晶体中的时空拓扑相变
光学
2025-12-19 v1
摘要
拓扑相变以能带隙的闭合与重新打开及拓扑不变量的相应变化为特征，在拓扑物理中发挥了核心作用。然而，此类相变迄今为止仅限于空间晶体，仅依赖能带隙和空间界面。这里，我们超越了这一传统框架，首次报道了光子时空晶体中的时空拓扑相变——这种结构在空间和时间上都具有周期性调制。我们使用动态调制的传输线超材料，理论提出并实验演示了完整的时空拓扑相变，其特征为能带隙和动量带隙的闭合与重新打开，以及时空拓扑不变量和拓扑相位的变化。此外，在具有完整能-动量带隙的真实光子时空晶体中，我们直接观察到一个在空间和时间上都局域化的时空拓扑事件，表现出受相对论因果性支配的激发和对时空无序的鲁棒性。我们的发现揭示了空间、时间和拓扑之间的相互作用，建立了一个统一框架，为新兴的时空拓扑物理提供了全面的图景，并开辟了鲁棒的时空拓扑波操控的新途径。
引用
@article{arxiv.2512.16516,
title = {Spatiotemporal topological phase transitions in photonic spacetime crystals},
author = {Zebin Zhu and Bolun Huang and Siqi Xu and Jingming Chen and Yan Meng and Zhenxiao Zhu and Xiang Xi and Zhen Gao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.16516},
year = {2025}
}
备注
15 pages, 4 figures