近日，我校理论物理研究所陈君教授、激光光谱研究所张磊教授联合香港科技大学陈子亭教授课题组在国际物理学顶级期刊Physical Review Letters上发表了题为《Topological photonic alloy》的研究论文。论文同时作为Editors’ Suggestion和Featured in Physics在Physical Review Letters网站重点推荐。Physics杂志邀请Physical Review Letters 副主编Martin Rodriguez-Vega以《Recipe for a One-Way Waveguide》为题对以上工作进行了专题亮点报道。

研究团队首次理论提出并实验实现了一种新型的无序拓扑光子系统——拓扑光子合金。该研究证明在由非磁化（A）和磁化（B）钇铁石榴石（YIG）棒随机组成的无序二维光子晶体中，极少的掺杂就可以产生非平庸的拓扑性质，从而将合金的概念引入拓扑光子学领域。（图一示）。

图一 拓扑光子合金示意图

研究团队主要探索了替换型的拓扑光子合金 ，掺杂浓度 定义为 , 和 是非磁化和磁化的YIG柱的数目。当 时，该系统为纯净的无磁性光子晶体，光子能带是拓扑平庸的。而当 时，该系统为纯净的全磁性光子晶体，具有非平庸拓扑带隙。在这些光子合金中，即使掺杂浓度 非常低，也发现了具有拓扑保护的手性边缘态。研究团队利用反射相位累计变化表征了系统的拓扑特征，通过非互易传输和边缘态分布实验证实了手性边缘态的存在。此外，研究者通过数值计算拓扑转变阈值随着样本尺寸的变化，证明了拓扑转变阈值浓度趋近于零。

 

图二 拓扑光子合金手性边界态分布和实验测量结果。

该工作为深入研究无序系统的拓扑性质提供了一个新的平台，为更有效的制造拓扑光子系统提供了新方法。更为重要的是，其局域时间反演对称破缺诱导拓扑的物理思想可以应用到其他经典波系统，例如声学系统。

我校理论物理研究所陈君教授、激光光谱研究所张磊教授与香港科技大学陈子亭教授为论文的共同通讯作者。我校博士生渠天涛和香港科技大学博士后王暮迪为论文的共同第一作者。我校激光光谱研究所博士生成晓宇、香港科技大学张昭庆教授，研究助理教授张若阳、香港科技大学博士后崔晓晗共同参与指导了该研究。

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、山西省优秀青年科学基金项目、山西省“1331”工程等项目的资助。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.223802