拓扑本是一个数学概念,用于研究几何物体连续形变下的不变量。正是因为连续形变下可以保持不变,所以拓扑性质很稳定。自上世纪80年代von Klitzing等发现了量子霍尔效应,拓扑物理学开始逐渐进入人们的视野。霍尔电导的量子化,就是强磁场中二维电子系统的一种可以用陈数(Chern Number)来刻画的拓扑性质的物理表现。此外,具有拓扑稳定性的量子化霍尔电导已经被用于电阻的国际计量标准,是拓扑物理的一个最重要的应用。

另一个有意思的事情是,在量子霍尔系统中,电子只能沿着样品的边缘以某个特定的方向运动而不会发生散射,而样品的内部却是绝缘的。十多年前,Haldane等提出,通过引入时间反演对称性破缺(例如用磁光效应给予光子一个规范场,使其运动同电子在磁场中类似),二维光子系统也可以具有相同的拓扑性质,包括拓扑不变量和稳定的边缘态。

近年来微纳加工技术的发展使人们能够几乎任意地制造各种拓扑光子系统,用于研究拓扑物理,特别是凝聚态系统中由于材料限制而很难实现的拓扑态。拓扑光子学迅速发展为一个重要的新兴科研领域。鉴于拓扑光子学的蓬勃发展,在主编杨兰教授的支持下,南科大量子科学与工程研究院徐海潭和范靖云,协同Andrea Alu(纽约城市大学)和Laura Pilozzi(意大利ISC-CNR研究所)共同组稿编辑Photonics Research专刊Topological Photonics and Beyond,并撰文报导了来自中国、美国、德国,以及韩国的拓扑光子学领域多个领先研究团队的高质量成果。

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