Topological Defect Engineering and PT Symmetry in Non-Hermitian Electrical Circuits

物理 计算机科学
作者
Alexander Stegmaier,Stefan Imhof,Tobias Helbig,Tobias Hofmann,Ching Hua Lee,Mark Kremer,Alexander Fritzsche,Thorsten Feichtner,Sebastian Klembt,Sven Höfling,Igor Boettcher,Ion Cosma Fulga,Libo Ma,Oliver G. Schmidt,Martin Greiter,T. Kießling,Alexander Szameit,Ronny Thomale
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:126 (21) 被引量:126
标识
DOI:10.1103/physrevlett.126.215302
摘要

We employ electric circuit networks to study topological states of matter in non-Hermitian systems enriched by parity-time symmetry $\mathcal{P}\mathcal{T}$ and chiral symmetry anti-$\mathcal{P}\mathcal{T}$ ($\mathcal{A}\mathcal{P}\mathcal{T}$). The topological structure manifests itself in the complex admittance bands which yields excellent measurability and signal to noise ratio. We analyze the impact of $\mathcal{P}\mathcal{T}$-symmetric gain and loss on localized edge and defect states in a non-Hermitian Su-Schrieffer-Heeger (SSH) circuit. We realize all three symmetry phases of the system, including the $\mathcal{A}\mathcal{P}\mathcal{T}$-symmetric regime that occurs at large gain and loss. We measure the admittance spectrum and eigenstates for arbitrary boundary conditions, which allows us to resolve not only topological edge states, but also a novel $\mathcal{P}\mathcal{T}$-symmetric ${\mathbb{Z}}_{2}$ invariant of the bulk. We discover the distinct properties of topological edge states and defect states in the phase diagram. In the regime that is not $\mathcal{P}\mathcal{T}$ symmetric, the topological defect state disappears and only reemerges when $\mathcal{A}\mathcal{P}\mathcal{T}$ symmetry is reached, while the topological edge states always prevail and only experience a shift in eigenvalue. Our findings unveil a future route for topological defect engineering and tuning in non-Hermitian systems of arbitrary dimension.

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