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這條三維世界光子的“高速公路”為“Z”字形，但光子在傳播時，能夠無障礙地繞過“Z”形拐角。

論文第一作者、浙江大學信息與電子工程學院博士楊怡豪告訴《中國科學報》，他本人對拓撲光學一直很有興趣，并表示拓撲絕緣體自提出以來一直是凝聚態領域的一大研究熱點。

拓撲絕緣體介于導體和絕緣體之間，其內部表現為絕緣體，而材料表面表現為導體。其表面電流源于材料內部電子能帶的拓撲特性，能夠對缺陷、拐角、無序等“免疫”，故而實現電子的高效運輸。

據悉，該研究首次實驗實現了具有寬頻帶拓撲能隙的三維光學拓撲絕緣體。楊怡豪等人設計提出了一種由多個開口諧振器構成的電磁單元結構，該電磁單元結構具有很強的電磁雙各向異性特性，這是實現寬頻帶三維光學拓撲絕緣體并使實驗得以成功驗證的關鍵。

三維光學拓撲絕緣體的設計過程并非一帆風順。但楊怡豪憑借團隊在新型人工異向介質材料上雄厚的研究基礎，經過十幾個版本迭代，歷時數月設計出了電磁雙各向異性介質單元。

而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建光子“高速公路”，讓光子在傳輸過程中，不被雜質、缺陷或者拐角影響，或者說，使各類缺陷“隱身”。

為驗證上述理論，該研究團隊通過對三維曲面上表面態的成像，實驗驗證了表面波在界面傳播時能夠無障礙地繞過Z型拐角。這一現象表明，對表面波來說，這些拐角就像被“隱形”，而能夠繞過拐角實現高效傳播正是受益于三維光學拓撲絕緣體的拓撲保護特性。

該成果有望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控器件。該研究將三維拓撲絕緣體從費米子體系擴展到了玻色子體系，有望啟發其他玻色子系統中三維拓撲絕緣體的實驗實現，對拓展三維拓撲態體系具有重要意義。

《自然》雜志匿名評審專家評價該項研究工作時指出，實驗實現三維光學拓撲絕緣體十分重要，將推動該新興領域的發展。

據悉，這項研究由浙江大學教授陳紅勝課題組和新加坡南洋理工大學教授Baile Zhang、Yidong Chong課題組合作完成。

文章來源：中國科學報

IEEE Spectrum

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