近日，我所贾锁堂教授、肖连团教授、梅锋教授带领的团队在拓扑物态研究方面取得了重要进展。相关研究成果“Dynamical Detection of Topological Spectral Density” 于2024年1月17日发表在Physical Review Letters。该工作由山西大学独立完成，我所博士生张佳辉为论文第一作者，梅锋教授为通讯作者，贾锁堂教授和肖连团教授提供了重要指导。

拓扑物态是一种与拓扑学相联系的全新物态，对系统内部涨落和外部扰动具有天然地拓扑保护鲁棒性，在材料科学、量子信息和量子精密测量领域有着非常重要的应用价值。一个关键的科学问题是如何识别拓扑物态材料。是否存在拓扑边界态是识别拓扑物态的主要方法。目前，国际上最新的进展是通过探测局域态密度来识别是否存在拓扑边界态。然而，拓扑局域态密度的探测仍然是一个难点问题，尤其是在周期性驱动非平衡拓扑体系中。

图1 (a-d) 原理示意图: 动力学探测平衡和非平衡拓扑局域态密度。(e-j) 应用示例： 非平衡拓扑局域态密度识别能谱上无法区分的平庸和非平庸高阶拓扑物态。

研究团队首次发现手征性量子动力学与Loschmidt回波之间存在一个简洁而优美的物理联系，即t时刻Loschmidt幅度等于t/2时刻手征性中心。利用此物理联系，研究团队进一步发现，手征性量子动力学可以直接探测拓扑局域态密度。该方法功能强大，可以同时揭示拓扑边界态的能谱和空间分布拓扑特性。该方法也具有普适性，不仅可用于静态平衡拓扑体系，也适用于周期性驱动非平衡拓扑体系。研究团队证明，非平衡拓扑局域态密度可直接探测和揭示非平衡拓扑物态独有的拓扑特性，包括周期性拓扑准能谱和拓扑Pi模式，为非平衡拓扑探测提供了新手段。

该研究得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金、山西省“1331”工程重点学科建设基金、量子光学与光量子器件国家重点实验室以及省部共建极端光学协同创新中心的支持。

论文链接: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.036603