山西大学激光光谱研究所在非线性拓扑物理研究方面取得重要进展

近日，山西大学激光光谱研究所马杰教授实验研究组和西安交通大学张贻齐教授合作，基于超冷铯原子的动量态合成了一维三聚体晶格，观测到由原子相互作用诱导的非线性拓扑边界态。该工作以“Observation of nonlinear edge states in an interacting atomic trimer array”为题发表在Light: Science & Applications期刊。

非线性拓扑光子学是拓扑光子学与非线性光学交叉融合的前沿领域，主要研究非线性效应对拓扑特性的影响，探索及调控相互作用系统中的拓扑物态。研究拓扑能带结构与可调控非线性之间的相互作用，发现了许多新奇物理现象。然而，对于具有高度可调控性的超冷原子系统，将拓扑模型和可调非线性有效结合仍面临许多难题，限制了在原子系统中对非线性拓扑物理的研究。

本文在超冷铯原子玻色-爱因斯坦凝聚体中采用动量晶格技术合成了一维三聚体晶格，利用超冷铯原子的宽带Feshbach共振大范围调节原子相互作用，在动量晶格中实现了可调控的非线性。当系统被初始化为拓扑带隙出现的两种边界态时，在淬火动力学中观测到随着相互作用的增加，所有原子局域化在三聚体晶格边界的两个格点上，观测到由原子相互作用诱导的非线性拓扑边界态。在非拓扑晶格中，原子在很大的相互作用范围内无法被局域化在晶格边界的格点上。

该工作开启了在超冷原子系统中研究非线性拓扑物理的新方向。由于超冷原子动量晶格中的非线性效应直接源于原子间的相互作用，研究结果对于探索强关联系统中的拓扑物态具有重要意义。

山西大学杜惠瑛博士为论文第一作者，赵宏星博士为共同第一作者，通讯作者为学校李玉清教授、马杰教授和西安交通大学张贻齐教授。山西大学王云飞老师、刘文良副教授、武寄洲教授、肖连团教授、贾锁堂教授和西安电子科技大学李汝江副教授共同参与了研究工作。该工作得国家重点研发计划、国家自然科学基金和山西省基础研究计划项目的支持。（通讯员：张颖）