首個三維光學拓撲絕緣體研制成功 有望大幅度提高光子在波導中的傳輸效率

，進行實驗驗證。通過對三維光學拓撲絕緣體內(nèi)部及表面電磁場分布成像，提取電磁波模式的色散特征，該研究團隊在實驗中成功地觀測到了該材料的三維能隙，以及具有二維狄拉克錐形式的表面態(tài)——這些正是三維光學拓撲絕緣體的關(guān)鍵特征。

表面波無障礙地繞過Z型拐角(圖片由課題組提供)

此外

，由于表面光子受到拓撲保護，該三維光學拓撲絕緣體可以用來構(gòu)建光子“高速公路”，讓光子在傳輸過程中，不被雜質(zhì)、缺陷或者拐角影響，或者說，各類缺陷“隱身”了。為了對上述理論進行驗證，該研究團隊通過對三維曲面上表面態(tài)的成像，實驗驗證了表面波在界面?zhèn)鞑r能夠無障礙地繞過Z型拐角。這一現(xiàn)象表明，對表面波來說，這些拐角就像被“隱形”不可見一樣，而能夠繞過拐角實現(xiàn)高效地傳播正是受益于三維光學拓撲絕緣體的拓撲保護特性。

據(jù)了解

，這項研究實現(xiàn)的三維光學拓撲絕緣體，或可適用于三維拓撲光學集成電路、拓撲波導、光學延遲線、拓撲激光器以及其他表面波電磁調(diào)控器件中。由于將三維拓撲絕緣體從費米子體系擴展到了玻色子體系，該研究有望啟發(fā)其它波色子系統(tǒng)(如聲子及冷原子等)中三維拓撲絕緣體地實驗實現(xiàn)，對拓展三維拓撲態(tài)體系具有重要的意義。

有關(guān)負責人介紹

，這項工作的共同作者還包括浙江大學博士生張莉、賀夢佳，新加坡南洋理工大學Ranjan Singh助理教授以及博士生Haoran Xue、Zhaoju Yang，他們也都在此工作中作出了重要貢獻。該工作受到國家自然科學基金委杰出青年基金項目、國家青年拔尖人才計劃等項目資助