子晶格偏振仪：光子晶体布洛赫波函数重构与拓扑性质表征

《Nature Communications》：A sublattice polarimeter to probe the quantum geometry of synthetic photonic lattices

　　

摘要

测量晶体材料的电子结构对于加深我们对它们物理性质的理解至关重要。尽管诸如角分辨光电子能谱这样的技术在揭示天然晶体的电子轨道方面提供了前所未有的见解，但目前仍缺乏用于表征光子晶格的相应工具。在这里，我们介绍了一种子晶格偏振仪，该偏振仪能够完全重构双部分光子晶格中的布洛赫波函数。通过使用空间光调制器对每个子晶格施加可控的相位移动和衰减，我们能够获取布里渊区内外晶体轨道的振幅和相位信息，包括在能带简并附近的区域。这使得我们能够通过实验手段获取布洛赫哈密顿量，进而确定量子几何张量和能带切尔恩数。这种方法不仅适用于双部分晶格，还可以推广到处理多个内部自由度，为实验探索单带或多带环境中的复杂拓扑结构（如三角扭曲、切尔恩绝缘体和欧拉曲率）提供了途径。