物性物理学：フォトニック・ランダウ準位の電磁応答と重力応答

最近、物性物理学の分野では、量子ホール効果やトポロジカル絶縁体との関連で、トポロジーが注目を浴びている。量子ホール効果においても、トポロジカル絶縁体においても、系のトポロジーはバルク特性（「トポロジカル不変量」）を通して決まり、表面特性を通して検出される。今回我々は、バルク物質の局所的な電磁応答と重力応答を通して、量子ホール物質の3つのトポロジカル不変量（曲がった空間におけるフォトニック・ランダウ準位）を測定した。物質を多ポートサーキュレーターと見なすと、チャーン数（トポロジカル不変量）はサーキュレーターの位相の空間的巻き付きとして現れる。高空間曲率点近傍での粒子の蓄積と、それによる粒子密度分布の慣性モーメントによって、さらに2つのトポロジカル不変量（平均軌道スピンとカイラルセントラルチャージ）が定量化される。我々は、長さスケールを延長して（数磁気長にわたって）プローブすると、これらの不変量がその大域的な値に収束することを見いだした。これは、系のバルクとエッジが区別できるのは、サンプルが十分大きい（およそ1磁気長より長い）場合のみであるという直観と一致している。今回の実験は、量子光学ツールを合成トポロジカル物質（ここではねじれ光共振器）に適用することによって可能になった。リュードベリ媒介光子衝突の進歩と合わせると、今回の研究によって、光子流体におけるトポロジカル物質の精密な特性評価が可能になる。

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