传统拓扑绝缘体的研究多基于理想的厄米系统，其中能谱为实数，拓扑态具有天然的稳定性。然而，在光子、冷原子、超导量子比特等开放量子体系中，与环境的耦合、耗散等因素会不可避免地引入非厄米效应，通常导致能谱变为复数，使系统动力学逐渐被寿命最长的模式所主导，从而破坏拓扑态的可观测性和稳定性。因此，如何在开放体系中实现稳定、可控的拓扑态，是当前非厄米物理与拓扑光子学面临的前沿问题之一。
同时，双形态拓扑绝缘体作为一种能够在同一体系中承载多种拓扑特性的物态，近年来引起了学者们的关注。然而，不同拓扑阶数的拓扑态在非厄米系统中同时稳定存在，迄今仍缺乏有效的实现方案。近期，浙江大学物理学院研究团队提出并实验实现了一种基于反常Floquet驱动的、具有宇称–时间（PT）对称性的双形态拓扑绝缘体。在理论上，该反常 Floquet 四步驱动模型可等效映射为一个二维非互易耦合模型，在不同准能隙中产生具有不同拓扑阶数的边界态。同时，该系统在存在损耗的情况下仍保持 PT 对称性，使所有本征态的虚部保持一致，从而保证了拓扑态在长时间演化中的稳定性。该工作为在非厄米体系中实现稳定的复杂拓扑物态提供了一种有效策略。
图2.非厄米拓扑相图、能带与拓扑角/边缘态
该体系在零准能隙中支持一阶拓扑边界态，表现为沿晶格边界的单向、顺时针传播；同时在π准能隙中支持二阶拓扑角态，光场在晶格角点处强烈局域。进一步的数值模拟表明，即使在存在耦合无序的情况下，这些拓扑态依然稳定存在，体现了该系统中拓扑态对无序的鲁棒性。
实验中，研究团队基于光学波导阵列实现了上述理论模型。通过设计四步 Floquet 驱动与时空分布的损耗调制，实验系统在整个演化周期内保持 PT 对称性。实验上该体系为被动光子模型，仅包含损耗而不引入增益，但其有效动力学仍满足 PT 对称条件，从而能够支持稳定的拓扑边界态。在两个周期演化后，实验清晰观测到光在边界上的单向输运，以及在角点处的稳健局域。
图3.实验实现非厄米拓扑角态/边缘态
为进一步验证PT对称性对拓扑态稳定性的必要性，课题组在理论上对比了保持PT对称性与PT对称破缺两种情况下体系的长时间演化行为。结果表明，仅当 PT 对称性未破缺时，体系在存在损耗的情况下，所有态能谱虚部保持一致，从而有效抑制非厄米系统中常见的模式竞争与动力学不稳定性，使拓扑态能够稳定存在。
该研究在实验上实现了 PT 对称的双形态拓扑绝缘体，为在真实耗散环境中稳定构筑多拓扑物态提供了一条可行路径。相关成果不仅加深了我们对非厄米物理与拓扑态相互作用机制的理解，也为探索非线性非厄米拓扑物理以及多体相互作用非厄米体系中的拓扑物态等方向奠定了实验基础。
相关成果于2026年1月20日以 “Parity-Time-Symmetric Bimorphic Topological Insulators”为题，发表于 《Advanced Materials》。浙江大学物理学院博士生万拓、张书铭为论文共同第一作者，杨兆举研究员为通讯作者。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金以及中央高校基本科研业务费等项目的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202519324
