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【4px自提車】《科學》發表我校拓撲光子學領域新成果
來源: 南開大學報 發稿時間:2021-05-05 10:57
非線性調控非厄米拓撲態

  本報訊(記者 喬仁銘)宇宙中存在諸多神奇的時空對稱性。天地間無數的新奇現象,有的源於結構的拓撲性,有的源於材料的非線性,還有的源於能同時滿足時空對稱的“宇稱時間(PT)對稱性”。然而,自然界中要找到一種能賦有多種特性的天然材料或是實體存在的物質體系卻非常困難。如何從實驗中構建出兼有多種特性的人工複雜體系,打開探索大自然奧妙的窗口,成了當今物理乃至相關交叉學科研究的前沿課題。
  我校物理科學學院、泰達應用物理研究院教授陳志剛、許京軍帶領的課題組與克羅地亞薩格勒布大學、希臘克里特大學、德國羅斯托克大學課題組開展合作研究,在國際上首次建立了一個非線性非厄米拓撲光子學平台,實現了利用非線性在光學體系對宇稱時間對稱性和非厄米拓撲態的調控。團隊還發現了非厄米體系中拓撲態在接近決定PT對稱破損的奇異點時,敏感性和魯棒性的拮抗效應,以及通過局域非線性對系統整體PT對稱性的操控原理。這一創新成果改變了人們對開放拓撲體系中非線性效應的認識,為非線性拓撲光子學及其相關前沿領域的研究開闢了新方向。日前,介紹該工作的論文發表在國際頂級學術期刊《科學》(Science)上。
  近年來,拓撲光子學和非厄米光學成為光子學中兩個最活躍的研究領域。由於實驗和理論上的困難,過去拓撲光子學和非厄米光學的大多數研究都集中在線性效應上。然而,無論是在經典世界還是量子世界,非線性效應比比皆是,塑造了自然界的多元化也促進了應用科學的發展。直到最近人們發現,在光學拓撲系統中考慮非線性時會出現許多有趣的現象,比如:拓撲光孤子、拓撲激光等。但是,拓撲和非厄米的“聯姻”才剛開啓,對於一個同時具有拓撲特性與非厄米特性的複雜系統,目前對非線性效應的研究幾乎空白。即便在光學領域,還沒找到或是搭建一個可調控的非線性非厄米拓撲光子學實驗平台。
  針對這一空白,我校研究人員利用自主研發的連續激光直寫技術,首次在非線性晶體中製備了非厄米拓撲光子晶格,實現了非線性對宇稱時間對稱性與非厄米拓撲態的調控,並且理論上進一步揭示了非線性效應對非厄米體系中奇異點的影響,以及拓撲態接近奇異點時敏感性和魯棒性的拮抗效應。結果預示,局部非線性效應可以影響和改變系統的整體PT對稱性,可以引起拓撲態的產生和消失以及對非厄米奇異點的動態調控。該成果改變了人們對非線性複雜系統中多重特性相互作用的認知,為拓撲光子學和非厄米光學提供了新的研究方向。
  我校為論文第一完成單位,我校博士生夏士齊、希臘克里特大學博士生Kaltsas和我校副教授宋道紅為共同第一作者。我校講席教授陳志剛,我校特聘教授、克羅地亞薩格勒布大學教授H.Buljan和希臘克里特大學教授K.Makris為共同通訊作者。合作者還包括德國羅斯托克大學教授A.Szameit等。相關研究得到了國家科技部重點研發計劃項目、國家自然科學基金委項目資助。

編輯:吳軍輝

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