课题组与上海科技大学物质科学与技术学院潘义明教授合作，研究合成了一种拓扑型Floquet时间晶体的光子材料，并实验观察了它的指示周期-2T跳动，并用适当设计的光子Floquet模拟器揭示了这一现象，其中刚性倍周期是离散时间平移对称性破缺的标志。最新研究成果以“Observation of Photonic Topological Floquet Time Crystals”为题发表在2022年1月2号的Laser & Photonics Reviews上。
时间晶体是一种在时间维度上自发形成周期性结构的新型物态，其概念自2012年由Frank Wilczek提出以来，一直备受争议。早期理论模型因违背热力学平衡条件而被否定，直到近年来，研究人员转向研究周期性驱动系统中的“离散时间晶体”，才逐渐在多个实验平台中实现。
然而，以往的时间晶体大多依赖于多体局域化或耗散机制，而本研究团队则提出并验证了一种基于单粒子拓扑保护的Floquet时间晶体。他们通过精心设计的光子波导阵列，模拟了周期驱动的Su-Schrieffer–Heeger模型，成功观测到由零模和π模拓扑态叠加所引起的刚性周期加倍振荡。
在光子Floquet模拟器中观察到的周期-2T振荡
研究团队通过调控波导之间的耦合强度和空间排布，构造出同时支持零模和π模Floquet拓扑相的共存区域。当这两个模式的准能量差锁定在π/T时，系统表现出周期为驱动周期两倍的稳定振荡。这种“时间晶体钟”不仅在系统的边界态中被观测到，也出现在体态的畴壁中，展现出拓扑保护的鲁棒性。
这项研究首次在光子系统中实现了拓扑保护的Floquet时间晶体，并提供了清晰的单粒子图像，避免了多体系统的复杂性。未来，该平台有望用于研究更复杂的非平衡拓扑相变、时间晶体边界的动力学行为，甚至推动光量子模拟技术的发展。