拓撲絕緣體是一類具有無能隙表面态的絕緣體。拓撲絕緣體的一個原型，是Haldane的量子反常霍爾效應模型。它描述了在周期磁場下，無自旋費米子在六角晶格中的本征态和能譜。
除了可以在凝聚态體系以及光子晶體體系中實現拓撲态以外，處于周期晶格中的超冷原子也可以用來實現拓撲絕緣态。對超冷原子而言，這個周期晶格一般是用激光駐波産生的，這種晶格被稱為光晶格。而之前所有的用超冷原子生成拓撲絕緣态的實驗都基于光晶格技術。
最近，清華物理系博士生餘金龍，在中心成員清華物理系尤力教授的指導下，與中心成員清華物理系呂嵘教授以及華中科技大學beat365許志芳教授合作，提出了一種僅依賴于磁場調控就可以在超冷原子體系中生成拓撲非平庸的磁晶格的實驗方案[圖1]。
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| 圖1. 用不同空間取向的磁場脈沖序列(a,b)來合成等效周期磁場(c) |
這個方案生成的等效哈密頓量，在絕熱極限下可以映射到Haldane模型[圖2(a)-(b)]。通過調節磁場參數，該系統還可以驅動哈密頓量的最低能帶産生一個由拓撲絕緣體到拓撲平庸的絕緣體之間的拓撲相變[圖2(c)]。在相變點附近可以實現拓撲平帶[圖2(d)]。
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| 圖2. (a) 絕熱極限下體系的絕熱勢以及幾何矢勢; (b) 系統的能譜; (c) 拓撲相變; (d) 拓撲平帶 |
他們提出的實驗方案是國際上第一個用純磁場調控的方法實現拓撲态的方案，為超冷原子體系中拓撲态的研究開辟了一條新的途徑。該研究成果以Dynamical Generation of Topological Magnetic Lattices for Ultracold Atoms為題，發表在2016年4月7日的Physical Review Letters雜志上。該工作得到了科技部和國家自然科學基金委的經費資助。
原文鍊接：http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.116.143003
