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董建文教授研究组成果入选“2017中国光学十大进展”

文章录入:叶芍君 文章编辑:叶芍君 点击数:85 更新时间:2018-03-18

2017中国光学十大进展”发布会于2018313日晚在上海举行。光电材料与技术国家重点实验室固定成员董建文教授研究组“能谷光子晶体中的赝自旋和拓扑调控”研究成果,成功入选了“2017中国光学十大进展”。该奖项旨在介绍国内科研人员在国际知名学术期刊上发表的与光学相关的具有重要学术与应用价值的论文,分别面向基础研究与应用研究,促进其研究成果在国内的推广传播。该奖项前身为“中国光学重要成果”,历时12年,已经遴选出中国光学重要成果275项。这一奖项,已经在学术界被广泛认可。

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1 中国光学十大进展颁奖现场

 

光场调控是对电磁波的位相、偏振、振幅等经典自由度实现有效调控。近年来,人们开始转向关注多个自由度之间的耦合,尤其是拓扑光学中诸如自旋、轨道、能谷、涡旋光场等新自由度的关联调控。拓扑光学体系中类量子化的电磁关联行为,有利于探索新型光传输、实现精确光场调控如单向抗散射传输、光延迟、光学外尔点等新现象,也有利于拓扑量子计算、非线性光学、拓扑信息学等领域和学科的发展。

2017年,董建文教授团队与加州大学伯克利分校张翔教授课题组合作,通过构建能谷光子晶体(图2),利用“能谷-赝自旋”耦合,预言了光子能谷霍尔效应,实现了赝自旋单向传输等一系列拓扑光学新现象。相关工作发表在Nature Materials [16, 298 (2017)]上。

该能谷光子晶体具有电磁对偶对称性,在空间反演破缺的条件下,由于能谷-赝自旋相互作用实现了能谷附近的能带劈裂,支持光学赝自旋-路径关联传输,即光子能谷霍尔效应,如图2所示。电磁对偶能谷光子晶体具有一对孪生赝自旋,其中赝自旋向上具有同相EzHz,而赝自旋向下则对应反相EzHz。当光源从顶端入射到能谷光子晶体时,沿左下方能谷K传输的是赝自旋向下能流,而沿右下方能谷K’传输的是赝自旋向上能流。需要说明的是,该能谷光子晶体的所有拓扑不变量均为0,表明该系统的确是拓扑平庸的。至此,利用结构内禀的能谷自由度以及新型能谷-赝自旋相互作用,证明了拓扑平庸体系中的光学能谷霍尔效应,获得了赝自旋-路径关联行为。

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2 能谷光子晶体与光子能谷霍尔效应示意图

 

同时,通过分析该能谷光子晶体内的本征电磁场手征量,这一工作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。该研究表明,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;同时也为新型光场多维度调控物理及应用,尤其是在光子自旋和轨道角动量运用等方面,带来新的有益启示。

董建文教授、及其团队陈晓东专职副研究员为论文的共同第一作者,张翔教授为通讯作者。本工作以中山大学为第一单位,受到国家自然科学基金委基金、广东省杰青基金、广东省特支人才计划、中山大学优秀青年教师培养计划等资助。

论文链接:http://www.nature.com/nmat/journal/v16/n3/full/nmat4807.html

 

董建文简介:

董建文,中山大学教授,教育部青年长江学者(2016)、国家优青(2015)。长期研究人工非均匀材料中光场调控物理与应用,率先开展时间反演不变光子结构的单向抗散射光传输研究,是国际上较早地开展从拓扑光子学原理、到超材料制作、再到微纳光子器件等系统深入研究。发表SCI论文超过60篇,含Nature MaterialsPhysical Review LettersNature CommunicationsAdvanced Materials等。获授权发明专利1件。Nature Materials成果入选“2017中国光学十大进展-基础研究类”,PRL成果得到Nature Photonics选为亮点工作并作专题介绍。应邀在国内外学术会议上作邀请报告。担任中国光学学会光学青年学术论坛副主席、全国原子分子光物理青年科学家论坛委员、中国激光杂志社第一届青年编委等。

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3 研究团队合影


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