近日，山西大學激光光譜研究所賈鎖堂教授、肖連團教授、梅鋒教授帶領的團隊在拓撲物態(tài)研究方面取得了重要進展。相關研究成果“Dynamical Detection of Topological Spectral Density”于1月17日發(fā)表在Physical Review Letters。該工作由山西大學獨立完成，激光光譜研究所博士生張佳輝為論文第一作者，梅鋒教授為通訊作者，賈鎖堂教授和肖連團教授提供了重要指導。

拓撲物態(tài)是一種與拓撲學相聯系的全新物態(tài)，對系統(tǒng)內部漲落和外部擾動具有天然地拓撲保護魯棒性，在材料科學、量子信息和量子精密測量領域有著非常重要的應用價值。一個關鍵的科學問題是如何識別拓撲物態(tài)材料。是否存在拓撲邊界態(tài)是識別拓撲物態(tài)的主要方法。目前，國際上最新的進展是通過探測局域態(tài)密度來識別是否存在拓撲邊界態(tài)。然而，拓撲局域態(tài)密度的探測仍然是一個難點問題，尤其是在周期性驅動非平衡拓撲體系中。

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圖1.(a-d) 原理示意圖:動力學探測平衡和非平衡拓撲局域態(tài)密度。(e-j)應用示例：非平衡拓撲局域態(tài)密度識別能譜上無法區(qū)分的平庸和非平庸高階拓撲物態(tài)。

研究團隊首次發(fā)現手征性量子動力學與Loschmidt回波存在一個簡潔而優(yōu)美的物理聯系，即t時刻Loschmidt幅度等于t/2時刻手征性中心。利用此物理聯系，研究團隊進一步發(fā)現，手征性量子動力學可以直接探測拓撲局域態(tài)密度。該方法功能強大，可以同時揭示拓撲邊界態(tài)的能譜和空間分布拓撲特性。該方法也具有普適性，不僅可用于靜態(tài)平衡拓撲體系，也適用于周期性驅動非平衡拓撲體系。研究團隊證明，非平衡拓撲局域態(tài)密度可直接探測和揭示非平衡拓撲物態(tài)獨有的拓撲特性，包括周期性拓撲準能譜和拓撲模式，為非平衡拓撲探測提供了新手段。

該研究得到科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、山西省“1331”工程重點學科建設基金、量子光學與光量子器件國家重點實驗室以及省部共建極端光學協同創(chuàng)新中心的支持。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.036603