南开大学 - 《南开大学报》
拓扑光子学、平带光子学研究取得进展
本报讯（通讯员_宋道红 唐莉勤 记者_乔仁铭）近日，我校陈志刚教授、许京军教授课题组与克罗地亚格勒布大学Hrvoje Buljan教授课题组的合作研究在拓扑光子学领域取得重要研究进展，首次实验观测并理论证明了赝自旋涡旋拓扑荷的转换与狄拉克点拓扑特性相关，揭示了动量与实空间拓扑转换的普适规律。该研究成果以“Universal momentum-to-real-space mapping of topological
singularities”为题在线发表于国际权威期刊《自然-通讯》。
此工作中，课题组以赝自旋为S=1/2和赝自旋S=1的狄拉克光子晶格为平台，实验上利用赝自旋涡旋光激发狄拉克点附近的模式，实验观测和理论证明了赝自旋涡旋拓扑荷转换的数目正好等于动量空间狄拉克点贝里相位的绕数，该拓扑荷转换过程由狄拉克点的拓扑特性决定。这些结果表明，可以通过实空间赝自旋涡旋光拓扑荷的转换来测量狄拉克点的拓扑特性。此外，理论结果证明赝自旋涡旋拓扑荷的转化规律，不仅可以可推广到任意整数或半整数的赝自旋体系，而且，对于具有三维动量空间的拓扑奇点，比如具有三维外尔点的体系也同样适用。这证实了拓扑转换从动量空间到实空间的映射规律的普适性。该工作不仅为深入理解拓扑物理现象提供了一个新的视角，而且对凝聚态物理、冷原子物理等其它领域中相关拓扑现象的研究具有重要借鉴意义。
本研究南开大学为第一完成单位，我校博士生刘秀英、夏士齐和克罗地亚萨格勒布大学博士生Ema Jajti为共同第一作者。我校陈志刚教授、宋道红副教授与克罗地亚萨格勒布大学Hrvoje Buljan教授为共同通讯作者。相关工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目等资助。
又讯近日，物理科学学院与韩国基础科学研究院的科研人员合作，在平带光子学领域取得重要研究进展。他们首次在特殊设计的平带光子晶格中实验，直接观测到类似三维圆环面上的新型环状平带模式，揭示了平带晶格系统中的实空间拓扑特性。
平带与拓扑是目前量子力学和凝聚态物理领域的两个前沿概念。在光学体系，平带与拓扑这两个概念的有机结合，使得平带光子系统和拓扑光子学的相关研究迎来了极为快速的发展。可调可控的光子系统已成为研究平带和拓扑前沿物理问题的实验平台，为实现新颖光子态和光场调控提供了新的途径。
通常情况下，材料的拓扑性质来自动量空间的拓扑保护。在此工作中，南开课题组与合作者从理论和实验两方面，研究了非传统环形平带模式与实空间拓扑保护的关联。
目前，该成果文章已发表在《物理评论快报》上，题为“Direct Observation of Flat－band Loop States Arising from Nontrivial Real-Space Topology”。本工作我校为第一完成单位，我校博士生马继娜、韩国基础科学研究院博士后Jun-WonRhim为共同第一作者，我校陈志刚教授、唐莉勤副教授为共同通讯作者。相关工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金委项目等资助。