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Tuning Second Chern Number in a Four-Dimensional Topological Insulator by High-Frequency Time-Periodic Driving

Zheng-Rong Liu (刘峥嵘), Rui Chen (陈锐), and Bin Zhou (周斌)

Chin. Phys. 2024, 41 (4): 047102

DOI: 10.1088/0256-307X/41/4/047102

文章亮点

首次提出通过时间周期驱动对由第二类陈数刻画的四维拓扑绝缘体进行拓扑调控，并通过高频近似理论对数值计算结果进行了验证。

(a) 体态准能隙的自然对数ln⁡(ε_g)随狄拉克质量m和时间周期驱动强度V_xy的变化。颜色趋近于白色代表体态准能隙接近零。图中的黑色虚线为高频近似理论结果。(b) 第二类陈数C₂随狄拉克质量m和时间周期驱动强度V_xy的变化。(c), (d) 不同模型参数下第二类陈数随周期驱动强度V_xy的变化。

利用高频时间周期驱动调控四维拓扑绝缘体的第二类陈数

研究背景

四维拓扑绝缘体，具有由第二类陈数刻画的三维无能隙边界态。由于空间维度的限制，实际材料中无法实现四维拓扑绝缘体。近年来，得益于超材料学科的进展，人们已经在不同人造系统中实现了四维拓扑绝缘体，并引起了广泛关注。然而，对于四维拓扑绝缘体的拓扑调控目前仍缺乏深入和系统的研究。

内容简介

最近，湖北大学物理学院的周斌课题组研究了时间周期驱动对四维拓扑绝缘体的影响。研究发现外加时间周期驱动可以对四维拓扑绝缘体的拓扑相进行调控，并且能够诱导出原静态系统中不存在的第二类陈数值为偶数的拓扑相。该课题组利用高频近似理论进一步验证了数值计算结果的有效性。

研究意义和重要性

该工作利用高频时间周期驱动对四维拓扑绝缘体的拓扑相进行调控，扩展了利用周期驱动调控拓扑物态的空间维度，同时为高维拓扑物态的拓扑调控提供新的思路。

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