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中新学者构建出三维材料中的光子“高速公路”

新华社杭州1月10日电(记者 朱涵)浙江大学和新加坡南洋理工大学的学者合作构建出首个三维光学拓扑绝缘体,在由该材料构建的光子“高速公路”上,光子避开材料杂质和缺陷,跑出了“Z”字形,大幅提高了传输效率。该成果于10日凌晨发表于《自然》杂志。

光是生活中常见的电磁波,一般沿直线传播。电磁波在传播途中如果遇到缺陷、杂质、拐弯,往往会产生不可避免的散射,从而造成能量损耗。

“如果能设计出一种新型的引导电磁波的结构,让这些散射因素‘隐形’,就将大大提升传输效率。”论文共同通讯作者、浙江大学教授陈红胜说。

“凝聚态物理的热门材料‘拓扑绝缘体’是这项研究的灵感源头之一。”论文第一作者、浙江大学杨怡豪博士说。拓扑绝缘体是一种表面导电、内部绝缘的材料,它能让电子绕着材料表面传输而不经过材料内部。

浙江大学和新加坡南洋理工大学团队通过联合攻关,设计出一种特殊结构的人工电磁单元,构建出三维光学拓扑绝缘体,首次将三维拓扑绝缘体从费米子体系扩展到了玻色子体系。

这条三维世界光子的“高速公路”为“Z”字形,但光子在传播时,能够无障碍地绕过“Z”形拐角。

“这项工作意味着,将来可以像三维拓扑绝缘体控制电子一样用三维拓扑光子晶体来控制光子。”该项研究合作方之一、新加坡南洋理工大学张柏乐教授说。据悉,该研究有望应用于激光、光子芯片等新领域。

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