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Direct dynamical characterization of higher-order topological phases with nested band inversion surfaces

Science Bulletin 2021年第15期66卷 1502-1510,M0003页

作者： Linhu Li Weiwei Zhu Jiangbin Gong Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Metrology and Sensing&School of Physics and Astronomy Sun Yat-sen University(Zhuhai Campus)Zhuhai 519082China Department of Physics National University of SingaporeSingapore 117542Singapore

Higher-order topological phases(HOTPs) are systems with topologically protected in-gap boundary states localized at their ed à nT-dimensional boundaries, with d the system dimension and n the order of the topology. This work proposes a dynamics-based characterization of one large class of Z-type HOTPs without specifically relying on any crystalline symmetry considerations. The key element of our innovative approach is to connect quantum quench dynamics with nested configurations of the socalled band inversion surfaces(BISs) of momentum-space Hamiltonians as a sum of operators from the Clifford algebra(a condition that can be partially relaxed), thereby making it possible to dynamically detect each and every order of topology on an equal footing. Given that experiments on synthetic topological matter can directly measure the winding of certain pseudospin texture to determine topological features of BISs, the topological invariants defined through nested BISs are all within reach of ongoing experiments. Further, the necessity of having nested BISs in defining higher-order topology offers a unique perspective to investigate and engineer higher-order topological phase transitions.

关键词： Topological quantum phases Higher-order topology Quench dynamics band inversion surface Dimension reduction

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