【產(chǎn)通社，5月6日訊】華中科技大學(xué)（Huazhong University of Science & Technology, HUST）官網(wǎng)消息，《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）在線(xiàn)發(fā)表了陸培祥教授帶領(lǐng)的阿秒超快光學(xué)團(tuán)隊(duì)王兵教授、劉為為副教授與武漢光電國(guó)家研究中心夏金松教授團(tuán)隊(duì)合作在合成維度拓?fù)涔庾有酒矫嫒〉玫淖钚卵芯砍晒鸕econfigurable chiral edge states in synthetic dimensions on an integrated photonic chip。

手性邊界態(tài)是拓?fù)湮锢淼臉?biāo)志性特征，在量子力學(xué)、凝聚態(tài)物理和拓?fù)涔庾訉W(xué)等領(lǐng)域具有重要的研究意義。傳統(tǒng)的實(shí)空間拓?fù)涔庾泳Ц耋w系結(jié)構(gòu)往往較為復(fù)雜，而且制備以后很難對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而限制了拓?fù)涫中赃吔鐟B(tài)的完全重構(gòu)和靈活調(diào)控。針對(duì)這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，王兵、劉為為等提出基于合成維度光子芯片實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)手性邊界態(tài)的新思路。研究團(tuán)隊(duì)利用電光調(diào)制在薄膜鈮酸鋰微環(huán)諧振腔中產(chǎn)生合成光子頻率晶格，通過(guò)巧妙引入環(huán)內(nèi)順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)旋向模式的耦合構(gòu)建了頻率-贗自旋二維合成光子體系。特別地，利用兩組方向相反的行波調(diào)制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同贗自旋自由度頻率晶格的獨(dú)立調(diào)控，從而極大提升了系統(tǒng)的調(diào)控自由度。

通過(guò)引入可編程的光子規(guī)范勢(shì)和耦合作用，研究團(tuán)隊(duì)在單一光子芯片中實(shí)現(xiàn)了多種新奇、可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的手性邊界態(tài)：
(1)在頻率-贗自旋二維合成光子體系引入頻率模式的最近鄰耦合和光子規(guī)范勢(shì)，可構(gòu)建具有對(duì)稱(chēng)手性邊界態(tài)的Hall梯子模型，而在一個(gè)贗自旋對(duì)應(yīng)的頻率模式之間引入長(zhǎng)程耦合則可使手性特征得到抑制，這起源于系統(tǒng)能帶折疊導(dǎo)致的非定向態(tài)演化；
(2)通過(guò)對(duì)頻率模式之間的耦合進(jìn)行調(diào)控，可構(gòu)建兩個(gè)子Hall梯子和一個(gè)三角梯子組成的合成“異質(zhì)界面”，由于其對(duì)稱(chēng)性被打破，從而實(shí)現(xiàn)了非平衡的手性邊界特征；
(3)同時(shí)在兩組頻率模式之間引入最近鄰和次近鄰耦合，可構(gòu)建一組“贗三維”Hall梯子模型，通過(guò)對(duì)體系的光子規(guī)范勢(shì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了手性邊界態(tài)的拓?fù)鋭?dòng)態(tài)調(diào)控，包括手性、單自旋態(tài)增強(qiáng)以及完全抑制等特征。

這項(xiàng)工作為在合成空間中模擬和操控手性拓?fù)溥吔鐟B(tài)開(kāi)拓了新的集成光子平臺(tái)，為在光子芯片中研究高維拓?fù)湮锢淼於藞?jiān)實(shí)基礎(chǔ)，在光通信、量子模擬、量子信息處理以及光子神經(jīng)計(jì)算等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。物理學(xué)院劉為為副教授、博士生蘇小龍、武漢光電國(guó)家研究中心博士生李熾均、曾成講師為論文共同第一作者，王兵教授、夏金松教授和陸培祥教授為論文通訊作者，武漢光電國(guó)家研究中心張馳教授為該工作高速示波器測(cè)量提供了重要支持。

此外，研究團(tuán)隊(duì)另一項(xiàng)關(guān)于光子合成維度Floquet高階拓?fù)浣^緣體的研究工作也于近期以“Polarization-Locked Floquet Higher-Order Topological Insulators in Synthetic Dimension”為題發(fā)表于Laser & Photonics Reviews，物理學(xué)院博士生劉卓雄為論文第一作者，劉為為副教授、王兵教授和陸培祥教授為論文通訊作者。

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https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.143801、
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202401156。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）    （完）