光物理学：非エルミートバンドのトポロジカル複素エネルギー組みひも

結び目の数学的理論に関連する効果は、物理学から生物学まで多くの科学分野において現れる。最近の理論的研究によって、組みひも群が非エルミート周期系のトポロジーを特徴付け、こうした系では運動量空間において複素バンドエネルギーが組みひもを形成し得ることが見いだされている。しかし、そうした複素エネルギーバンドの組みひもは、実験的には実現も制御もされていない。今回我々は、2本のひもからなる組みひも群𝔹₂において任意の元を実現できる、強結合格子モデルについて報告する。我々は、非エルミートバンドのこうしたトポロジカルな複素エネルギー組みひもを、人工次元において実験的に実証する。今回の実験では、結合した2つのリング共振器の周波数モードを利用しており、一方のリング共振器の位相と振幅は同時に変調されている。その結果、自明な絡み目（unlink）、自明な結び目（unknot）、ホップ絡み目（Hopf link）、三葉結び目（trefoil）など、絡み目や結び目の代表例を構成する多様な2バンド組みひも構造が観測された。また、組みひもの掌性を変えられることも示された。今回の結果は、非エルミートトポロジーの組みひも群の特性評価を直接実証し、開放古典系や開放量子系においてトポロジカルにロバストな位相を設計し、実現する道筋を開くものである。

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