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[理论物理] 首个三维光学拓扑绝缘体研制成功

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逢君一笑 发表于 2019-1-11 00:20:22 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
 
国际首个三维光学拓扑绝缘体研制成功,三维拓扑绝缘体从费米子体系扩展到了玻色子体系,有望大幅度提高光子在波导中的传输效率,相关成果发布在《自然》上。

这项研究由浙江大学教授陈红胜课题组和新加坡南洋理工大学教授Baile Zhang、Yidong Chong课题组合作完成,浙江大学信息与电子工程学院博士杨怡豪为论文第一作者,陈红胜、Baile Zhang、Zhen Gao为共同通讯作者。

拓扑绝缘体自提出以来一直是凝聚态领域的一大研究热点,关于拓扑物质的研究工作荣获了2016年的诺贝尔物理学奖。

拓扑绝缘体介于导体和绝缘体之间,其内部表现为绝缘体,而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”,故而实现电子的高效运输。

为何科学家锲而不舍地研究三维光学拓扑绝缘体呢?这是因为光学拓扑绝缘体的实验研究局限于二维空间。在二维光学拓扑绝缘体中,表面波传播时只有一维单向的拓扑边界态,而表面波在三维光学拓扑绝缘体中传播时,其拓扑表面态表现为二维无质量狄拉克费米子。

杨怡豪告诉《中国科学报》记者,他本人对拓扑光学一直很有兴趣。两年前,杨怡豪关注到三维光学拓扑绝缘体的设计理论,但是其参数十分苛刻,很难实现。而杨怡豪对于如何加工结构和测量有着较深的认识,设计材料结构正是他所擅长的。基于这些优势,杨怡豪同团队一起成功设计出三维光学拓扑绝缘体,并突破了实验上的技术难点,完成了测量。

据悉,国际联合研究团队通过联合攻关,首次实验实现了具有宽频带拓扑能隙的三维光学拓扑绝缘体。在这一研究过程中,杨怡豪博士巧妙地设计提出了一种由多个开口谐振器构成的电磁单元结构,该电磁单元结构具有很强的电磁双各向异性特性,这是实现宽频带三维光学拓扑绝缘体并使实验得以成功验证的关键。

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