拓扑学在物理中的运用始于凝聚态研究,近十年来更是发展到光学领域。拓扑光学体系界面的类量子化电磁关联行为,为单向传输、光学外尔点、光延迟线、拓扑量子计算等领域的发展带来新的契机。2016年,诺贝尔物理学奖授予了三位物理学家,以表彰他们在拓扑相变和拓扑物态的理论贡献。一般认为,这种关联行为要求体系具有非平庸属性。能否在普通体系中实现关联行为、进而获得新的拓扑光子态,成为了一个重要的学术前沿问题。
最近,beat365中国唯一官方网站董建文教授团队作出了肯定地回答:在能谷光子晶体中实现赝自旋和拓扑调控。相关研究成果最近被国际顶级学术刊物《Nature Materials》接收,题为:Valley photonic crystals for control spin and topology。研究论文于2016年11月28日在线发表,详见网页链接:http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4807.html。《Nature Materials》是Nature系列期刊,影响因子(IF>38)最高的期刊之列,具有很好的学术影响力。
文章提出了一种新型能谷光子晶体。利用其内禀的能谷自由度,在不依赖自旋轨道耦合效应前提下,实现了能谷附近的能带劈裂,从而提出了类比电子能谷霍尔效应的光学赝自旋-路径关联传输,即光子能谷霍尔效应。通过分析该普通光子晶体内的手征量,实现了赝自旋能流的单向传输。更为有趣的是,文章还在单一体系中,对能谷和拓扑两个自由度进行独立调控,实现了全新的拓扑光子界面态。研究表明,实现有效的拓扑光场调控,将有利于更多基本量子物理问题的实验证实;同时也为下一代光信息传输和处理,尤其是在光自旋和轨道角动量运用等方面,带来新的有益启示。
近年来,该团队在拓扑光子学方向发表了系列研究成果。该工作是由我校董建文教授和陈晓东专职副研究员、与美国工程院院士、中国科学院外籍院士、美国加州大学伯克利分校张翔教授团队合作完成;并得到国家自然科学基金优青项目、广东省自然科学杰出青年基金、光电材料与技术国家重点实验室、beat365中国唯一官方网站优秀青年教师培养计划等项目的大力支持。