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近日，南京大學固體微結構物理國家重點實驗室、現代工程與應用科學學院的陳延峰教授團隊的盧明輝教授課題組與西班牙馬德里先進材料研究所的Johan Christensen教授課題組合作共同回顧了光聲經典系統中拓撲物理的最新進展，并對該研究方向提供了開放性的展望。相關綜述以“A second wave of topological phenomena in photonics and acoustics”為題發表于《Nature》期刊上。其他參與撰寫的有南京大學現代工程與應用科學學院張秀娟副教授、日立ABB電網研究中心Farzad Zangeneh-Nejad博士和南京大學蘇州校區功能材料與智能制造研究院陳澤國副教授。

常規拓撲光學和聲學系統，例如打破時間反演對稱性的Chern絕緣體、保留時間反演對稱性并利用自旋軌道耦合實現的拓撲絕緣體、打破空間（反演、鏡面）對稱性實現的谷霍爾絕緣體、以及具有奇異能帶簡并的無能隙拓撲結構、Floquet拓撲絕緣體等，它們的拓撲性質都由基于布洛赫能帶理論的拓撲不變量進行描述和表征。然而，最近的研究表明，在非厄米、非線性、非阿貝爾或存在拓撲缺陷的非常規系統中，系統哈密頓量的本征能量或本征向量出現復數、能帶出現纏繞交織，傳統的布洛赫能帶理論不再適合表征其拓撲性質（見圖1）。隨著大量相關研究工作的涌現，拓撲物理正在經歷新一波的發展浪潮。其中，光/聲學系統得益于其高度可控的材料設計、加工及檢測平臺，光子和聲子等玻色子的非平衡態特性，正在迎來拓撲物理的新一波的發展。陳延峰教授和盧明輝教授團隊長期從事人工微結構材料拓撲物理的研究，在常規拓撲方面取得了非常豐富的研究成果，例如首次實現聲拓撲絕緣體；在非常規拓撲物理領域也積累了較為豐富的研究經驗，尤其是在非厄米拓撲方面，例如非厄米PT對稱、非厄米奇異特性、非厄米趨膚效應等。我們注意到非常規拓撲物理近年來發展迅速，意識到對其進行回顧、總結和展望的必要性和迫切性。本綜述總結了最具代表性的幾類非常規拓撲體系，包括非厄米拓撲、非線性拓撲、非阿貝爾拓撲以及拓撲缺陷等方面的最新進展，并對該領域的下一步發展提供了開放性的展望。