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    我国学者在三维光学拓扑绝缘体研究中取得重要进展

    日期 2019-01-24   来源:信息科学部   作者:张丽佳 孙玲 潘庆  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(批准号:61625502,61574127)等资助下,浙江大学陈红胜教授团队与新加坡南洋理工大学Baile Zhang教授、Yidong Chong教授团队合作,成功研制出三维光学拓扑绝缘体,将三维拓扑绝缘体从费米子体系扩展到了玻色子体系。研究成果以“Realization of a Three-dimensional Photonic Topological Insulator”(三维光学拓扑绝缘体的实现)为题,于2019年1月9日在Nature(《自然》)上在线发表。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-018-0829-0。

      拓扑绝缘体是凝聚态领域的研究热点之一,关于拓扑物质的研究工作获得了2016年诺贝尔物理学奖,它在量子计算以及低功耗电子器件方面有重要的潜在应用价值。光在波导或者介质交界面传播时,如遇到缺陷、杂质、波导拐弯等,会产生不可避免的散射,从而造成能量损耗,这将极大地降低波导的传输效率。拓扑绝缘体材料的特性介于导体和绝缘之间,其内部表现为绝缘体,材料表面表现为导体,其表面电流源于材料内部电子能带的拓扑特性,能够对缺陷、拐角、无序等“免疫”,从而实现电子的高效运输。但是,光学拓扑绝缘体的实验研究仅局限于二维空间。

      陈红胜教授团队设计了一种由多个开口谐振器构成的电磁单元结构,实验实现了具有宽频带拓扑能隙的三维光学拓扑绝缘体。通过对三维光学拓扑绝缘体内部及表面电磁场分布成像,该研究团队在实验中成功地观测到了三维能隙及具有二维狄拉克锥形式的表面态(图)。由于表面光子受到拓扑保护,该三维光学拓扑绝缘体可以用来构建光子“高速公路”,让光子在传输过程中,不被杂质、缺陷或者拐角影响。该研究工作有望启发其它波色子系统(如声子及冷原子等)中三维拓扑绝缘体的实验实现,对拓展三维拓扑态体系具有重要的意义。

    图. 表面波无障碍地绕过Z型拐角




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