近日,山东师范大学物理与电子科学学院蔡阳健教授、陈险峰教授、付神贺教授团队联合暨南大学陈振强教授团队以及南洋理工大学申艺杰教授团队在国际顶级期刊《Nature Physics》发表题为"Electrically tuning photonic topological quasiparticles in synthetic two-level system"的研究论文。山东师范大学为第一完成单位,博士生贾俊辉为论文第一作者,付神贺教授、蔡阳健教授、陈险峰教授为论文通讯作者。
当前,拓扑准粒子已成为凝聚态物理和材料物理领域的研究热点。以二维磁斯格明子和三维霍普夫子为代表的电子拓扑结构,作为矢量方向在空间中连续变化的矢量场构型,受到广泛关注。针对这类结构,研究者通过施加外电场或磁场有效调控其拓扑性质,从而诱发丰富的拓扑现象。相比之下,光学体系中的拓扑准粒子同样能形成时空交织的复杂矢量场结构。然而,与电子体系相比,光学拓扑准粒子的研究仍处于追赶阶段。其核心挑战在于:光子本质上是电中性的(其不携带电荷),无法像电子拓扑结构那样,通过外在的电场或磁场进行直接操控。因此,"如何用外场有效调控光学拓扑准粒子" 便成为了该领域亟待解决的关键难题。突破这一瓶颈,开发出电控拓扑转换机制,对于在未来光子器件中实现稳定、高效的信息处理至关重要。
针对上述基本问题,团队通过研究光学准粒子与铌酸锂光子晶体的相互作用,构建了光学等效磁场,用于精细调控光子等效二能级系统,在多维调控的等效磁场作用下,实现了光学准粒子拓扑相变以及几何相位调控。该工作首次实现了光学拓扑准粒子在等效磁场作用下的演化行为,为拓扑光子调控开辟了新的技术方案,有望在光学体系中观察到类电子的拓扑效应,如光学斯格明子霍尔效应、拓扑相变等,为发展新型拓扑光子器件提供了物理基础。
以上研究得到了国家自然科学基金委重点项目、青年项目(B类)、科技部重点研发项目等多项科研项目的资助。
供稿审核人:谢德仁、赵曰峰
编辑:赵丽娟
终审:巩 固