离散的自由度，如自旋和轨道，提供了操纵电子、光子和声子的工具。拓扑绝缘子引起了凝聚态物理学、光学、声学和力学等领域的广泛关注，其中自旋自由度是研究的重点。然而，轨道自由度是晶体的另一个基本属性，但在拓扑绝缘体中研究较少。有鉴于此，香港中文大学Xiankai Sun等人演示了在纳米力学平台上具有辅助轨道自由度的拓扑绝缘体。

本文要点：

1）从理论上提出并通过实验证明了具有辅助轨道自由度的拓扑绝缘体。利用这个额外的自由度，作者已经实现了不同边缘状态之间的片上绝热拓扑转换，从而克服了进一步开发具有增强功能和可扩展性的拓扑集成电路的重大挑战。

2）还实现了具有强非线性的纳米力学狄拉克涡态，这些纳米力学的狄拉克涡态表现出很强的二阶和三阶非线性。这为研究可重构拓扑纳米力学晶体和拓扑纳米力学超材料中的压缩态和孤子等奇异现象提供了实验依据。

尽管该实验是在纳米力学平台上进行的，但利用轨道自由度的概念可以很容易地推广并应用到其他领域的二维拓扑电路中，如光子学和声学。

Jingwen Ma et al. Nanomechanical topological insulators with an auxiliary orbital degree of freedom. Nat. Nanotechnol. 2021.

DOI: 10.1038/s41565-021-00868-6.

https://www.nature.com/articles/s41565-021-00868-6