光学拓扑绝缘体显示出可以用来减少光波导散射损耗的边缘状态

通过光纤或波导的光常常因材料中的缺陷而散射。减少这些损失的一种可能方法是使用光学等效拓扑材料。这种光学拓扑绝缘体可以使光沿着其边缘移动，从而减少散射，就像传统的拓扑绝缘体允许电子沿其边缘更自由地移动一样。来自宾夕法尼亚州立大学帕克分校(The Pennsylvania State University, University Park)的Jiho Noh和他的同事们利用蜂窝阵列的窄波导构建了一种光学拓扑绝缘体。这种结构利用了所谓的谷-霍尔边缘态，易受某些形式的散射影响，但在光子应用中比其他拓扑结构更实用。

    谷边缘状态发生在动量分布能量极小的系统中，称为“谷”，“每个谷都有一个对应的量子数，它可以被视为一种自旋”。因此，谷-霍尔边缘态与拓扑自旋霍尔边缘内态相似，它们自发地出现在不同谷数区域的边界上。之前的工作已经为特殊工程二维材料中的电子生成了谷-霍尔边缘态。

   对于他们的光学系统，Jiho Noh等人在波导中创建了一个折射率模式，该折射率模式为阵列的顶部和底部产生了不同的谷态。他们通过一个与阵列其余部分弱耦合的侧通道发射光。在适当的条件下，这些光中的一部分出现在波导的顶部和底部区域之间的边界上——这与谷边缘状态的预测相匹配。虽然其他类型的边缘态能更有效地减少散射，但谷-霍尔边缘态的优点是不具有打破时间反转对称性的挑战性要求。

This research is published in Physical Review Letters.

–Michael Schirber

Michael Schirber is a Corresponding Editor for Physics based in Lyon, France.