光学非互易性（Optical Nonreciprocity, ONR）是光场调控领域的重要概念，指交换光源和探测器的位置后光学传输结果不同。这一特性可赋予光学器件类似电子二极管的单向导通功能，在光隔离器与环形器的理论基础，在激光物理、量子信息等领域中具有重要应用价值。在线性介质中，实现ONR的一个必要条件是打破时间反演对称。传统ONR依赖法拉第磁光效应，借助外磁场打破时间反演对称，但庞大的磁体集成难度大，易干扰电子学性质，严重制约光电器件的微型化。近年来发展的拓扑光子学为无磁光学非互易提供了新思路。二维光子材料中的手性边缘态通过拓扑保护实现单向传输，其抵抗局部缺陷的特性显著优于传统器件。然而这类方案需复杂的时间调制技术且依赖二维晶格结构，与集成光子学追求的高密度兼容性背道而驰。如何在一维体系中实现拓扑保护的非互易性，成为亟待解决的关键科学问题。

近日，浙江大学量子光学研究团队将Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型引入超辐射晶格体系，利用铷-87原子汽室构建了在室温下运行的一维拓扑光学非互易系统。基于驻波耦合的电磁诱导透明系统，在一束较强的耦合驻波场与弱探测光的共同作用下，形成以动量空间超辐射态为格点的SSH晶格（图1）。这一晶格的动量反演对称被打破，等效于时间反演对称被打破，使得正反方向传播的探测光场感受到不同的Zak相位（一维Berry相位），结合原子热运动造成反常多普勒效应，最终导致光学非互易。

实验表明，原子热运动在非互易性产生机制中发挥关键作用。当原子以速度v 穿越实空间驻波场（即超辐射晶格的布里渊区）时，其诱导的Zak相位积累等效于本征态能量频移，我们称之为反常多普勒频移。这一频移与原子运动造成的正常多普勒频移叠加形成“有效多普勒频移”。正向探测光的有效频移被抑制为-0.5kv，使所有速度原子的吸收峰远离共振点（δ=0），形成高透射平台（图2a上）；反向探测光的有效频移则增强至1.5kv，导致特定速度原子在δ=0处贡献吸收，透射率显著降低（图2a下）。实验测得正反方向透射率对比度可高达20 dB，且非互易方向对应于SSH晶格的拓扑相（图2b上）。在拓扑相变临界点附近，动量反演对称性恢复，导致非互易性消失，验证了拓扑保护机制的核心作用（图2b下）。

此项研究通过建立一维拓扑相变与光学非互易性的直接关联，揭示了一维拓扑物质与光学非互易之间的关系，突破光学非互易对二维空间结构与时间调制的依赖，简化了拓扑非互易器件的设计，显著提升了器件兼容性。

相关成果以“Zak Phase Induced Topological Nonreciprocity”为题发表于《Physical Review Letters》[Phys. Rev. Lett. 134, 193602 (2025)]。这是该团队继室温原子超辐射晶格手性边缘流 [Phys. Rev. Lett. 122, 023601(2019)]、平带局域化 [Phys. Rev. Lett. 126, 103601(2021)]、几何相位测量 [Light Sci. Appl. 11, 291 (2022)]、弗洛凯超辐射晶格 [Phys. Rev. Lett. 129, 273603 (2022)]、速度扫描层析室温量子模拟 [Phys. Rev. Lett. 133, 183403(2024)]后的又一重要成果。论文共同第一作者是浙江大学物理学院博士生刘枭和王洁菲，共同通讯作者为徐兴奇博士、蔡晗研究员和王大伟教授。其他作者还包括浙江大学毛若松博士、胡慧珠教授、朱诗尧院士。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等基金支持。