10/16/2021，光纖在線訊，Photonics報道，紐約城市學院CCNY的一個研究小組近日展示了他們將拓撲光子-與晶格振動（也稱為聲子）相結合，實現(xiàn)對其傳播穩(wěn)健且可控的操縱的工作。

所謂拓撲光子是基于拓撲光子學，這是光子學中的一個新興方向，它利用拓撲數(shù)學領域關于守恒量（拓撲不變量）的基本思想，在連續(xù)變形下改變幾何對象的部分時保持不變。此類不變量的最簡單示例之一是孔數(shù)，例如，從拓撲的角度來看，這使甜甜圈和馬克杯等效。拓撲特性賦予光子螺旋性，當光子在傳播時自旋，導致獨特和意想不到的特性，例如對缺陷的魯棒性和沿著拓撲不同材料之間界面的單向傳播。由于與晶體振動的相互作用，這些螺旋光子可用于引導紅外光 隨著振動。

CCNY的研究者在六方氮化硼hBN材料上實現(xiàn)了光子聲子的結合，hBN成為控制和傳導光子聲子結合態(tài)的平臺。實驗中產(chǎn)生的極化聲子的拓撲邊緣狀態(tài)攜帶了和其傳播方向鎖定的非零的角動量信息，這種物理性質確保了其容易被傳輸。結果是，拓撲的準粒子保證了紅外聲子的匯集，同時受到沿著任意通道傳播并跨越銳角的紅外光子的影響。

這項研究的價值在于有助于未來拉曼和振動的，或者紅外的光譜學發(fā)展，以及熱傳導的定向輻射。

圖：頂部有一層六方氮化硼的獨特拓撲的光子晶體（橙色和藍色）能夠耦合拓撲光和晶格振動，以形成手性半光半振動激發(fā)，可以沿一維通道以穩(wěn)健的方式定向引導。

根據(jù)CCNY Grove工程學院的Alexander Khanikaev教授，這種新材料是半光半振動的新狀態(tài)。因為紅外光和晶格振動和熱聯(lián)系在一起，他們找到了光和熱在一起傳播的新通道。以往，晶格振動非常難以被控制，沿著晶格缺欠和銳角傳導更加是不可能的。

“我們可以為這種形式的混合光和物質激發(fā)創(chuàng)建任意形狀的通道，以便在我們創(chuàng)建的二維材料中進行引導，”Khanikaev 教授小組的博士后研究員、該論文的第一作者 Sriram Guddala 博士補充道：“這種方法還允許我們沿著這些通道向前或向后切換振動的傳播方向，只需通過切換入射激光束的偏振手性即可。有趣的是，隨著聲子極化子的傳播，振動也隨電旋轉�！�

這個研究成果被發(fā)表在科學雜志上 (www.doi.org/10.1126/science.abj5488)。