光子晶体@肖孟| PRL132.7

文摘   科学   2024-10-07 11:19   江苏  


点击蓝字 关注我们


期刊文章浏览系列之Physical Review Letters,搜集国人重点工作,聚焦PRL选手研究领域,供初入物理科研的老师同学了解前沿动态,找到自己科研的那道光。

栏目介绍


01

Physical Review Letters Vol. 132, Iss. 7

   
    本期期刊文章浏览系列视频推出的是美国物理学会的著名物理杂志Physical Review Letters第132卷第7期的浏览视频,该期杂志于2024年2月刊发,总共47篇文章。国内的研究机构作为通讯作者单位发表的文章总共8篇,各篇文章的分类信息详见下表。

(如果需要上述全部文章链接,请在公众号里发送PRL132.7给我们)

02

光子晶体-肖孟团队

     本期的PRL选手是武汉大学的肖孟教授。他本科毕业于武汉大学,博士毕业于香港科技大学,师从陈子亭教授,此后先后在港科大陈子亭教授、斯坦福大学范汕洄教授课题组从事博士后研究,2018年10月回到武汉大学任教。肖孟的研究方向为拓扑光/声学光/声子晶体合成维度和高维度物理非厄米系统非线性系统拓扑性质光机电系统等领域,主要关注结构(例如光子晶体)对波动方程的调控(光、声等及其耦合,经典亦或量子)。研究涉及理论模型、数值模拟和实验验证多个方面。通过结构对波的调控,实现信息传输、处理,优化光/声能储存、利用等各种应用。肖孟团队迄今为止在包括Nature Reviews Physics、Nature Physics、Physical Review X、Physical Review Letters(15篇)、Nature Communications、Science Advances、Optica等杂志上发表论文100余篇(18篇高被引),H-index 42,年引用约1800,总引用已过8000。曾多次在国际学术会议上做邀请报告并担任Nature、Nature Physics、Physical Review Letters、Nature Communications等杂志评审。

肖孟团队PRL历程
      肖孟团队的关键词之一是光子晶体。我们一般说的晶体材料的能带结构是针对电子,指的是电子在其中传输所存在的能态。光子晶体的概念是由S.John和E.Yablonovitch在1987年分别独立提出,区别于电子晶体,它指的是具有光子带隙特性的人造周期性电介质结构(折射率呈周期性),而光子带隙则取决于光子在其中传输所存在的能态,如果某一频率范围的光波由于受布拉格散射调制而不能在此周期性结构中传播,则这种结构本身存在带隙非零的禁带。这一概念最初是在光学领域提出的,其研究范围已扩展到微波与声波波段。由于这种结构的周期尺寸与禁带的中心频率对应的波长可比拟,所以这种结构在微波波段比在光波波段更容易实现。


蝴蝶翅膀以及其对应的微观结构图片来自网络)

      光子晶体和电子晶体在基本模型和研究思路上有许多相似之处,原则上人们可以通过设计制造光子晶体及其器件,达到控制光子运动的目的。光子晶体的出现,使人们操纵控制光子的梦想成为可能,比如我们可以设计一种结构使某个特定波段的光可以通过而其它波长的光被阻挡在外,这样在阳光下光子晶体就会呈现颜色,蝴蝶的翅膀就是天然的光子晶体的例子,当你切开一块熟牛肉的时候看见表面的绿色的荧光,请放心,这不是牛肉变质,相反,这是由平整切面密集的肌纤维构成的光子晶体造成的,说明质量很好。

连续谱束缚态BIC示意图(图片来自网络)

      由于波长比电子晶体长很多,光子晶体就更容易被人为的设计,周期性使布洛赫定理依然成立,调节结构和能标则会带来的各种各样的丰富的物性,包括拓扑性质其中,连续谱束缚态(Bound state in the continuum,简称BIC)的实现就引起了研究人员的极大关注。早在1929年的时候,维格纳和冯诺伊曼就提出了BIC的存在,这是一种能量位于行波连续谱范围内的束缚态,它不和其它连续谱态耦合,所以不会被激发也不会发射,能量本征值是实数,从而具有无限大品质因数Q值。它起因于结构的一些特殊性,比如BIC和连续谱态因具有不同的对称性所以耦合为零,或者BIC满足了法布里-珀罗的谐振条件所以被完全束缚等,而光子晶体的可调控性可以匹配这些特殊的要求,从而实现BIC。除上述两种情况外,肖孟团队创新性地提出并证实了有限势垒情况下束缚态的存在,通过调节边界模式耦合的方式构造BIC并探测到其存在,提供了一种实现BIC的新途径。

      BIC的实现有非常诱人的应用价值。它具有独特的光学性质,能够能有效地抑制光的辐射,将光局域在微纳光学腔内,增强电磁场,从而加强光与物质的相互作用强度与时间,有助于优化光子器件性能;它引起尖锐的具有超高的品质因子的法诺共振,可用于实现高灵敏度的折射率传感和分子指纹的精细分辨,进而设计高性能的生物化学传感器;并且其周围模式的远场辐射具有拓扑奇异性从而衍生具有拓扑保护的诸多应用;除此之外,它在激光非线性光学以及光子集成电路中都有着很广阔的应用前景,篇幅所限,此处不一一赘述。2023年10月,肖孟团队与港科大陈子亭团队联合在Nature Reviews Physics发表综述文章Applications of bound states in the continuum in photonics,讨论了BIC的独特光学性质,回顾其在光子学领域的多种应用,并对该研究领域的发展方向做出展望。



点击阅读往期文章
科研星图的定义和制作介绍
Physical Review Letters 第3期 | 期刊文章浏览
Physical Review Letters 第4期 | 期刊文章浏览
Physical Review Letters 第5期 | 期刊文章浏览
Physical Review Letters 第6期 | 期刊文章浏览
Physical Review Letters 第8期 | 期刊文章浏览
非视域成像@徐飞虎| PRL131.8
颗粒物理@夏成杰| PRL131.9
磁子@陆卫PRL131.10
隐身术@陈红胜PRL131.11
机器学习@王磊PRL131.12
声子@任捷PRL131.13
量子密钥分发@马雄峰PRL131.14
量子行走@薛鹏PRL131.15
磁子@严鹏PRL131.16
拓扑@赵宇心PRL131.17
拓扑半金属@廖志敏PRL131.18
超快动力学@孟胜PRL131.19
费米超流@崔晓玲PRL131.20
蛋白质折叠@陈虎PRL131.21
全息对偶@Matteo BaggioliPRL131.22
二维生长@刘开辉PRL131.23
量子存储@史保森PRL131.24
拓扑计算@姚裕贵PRL131.25
高压计算@董校PRL131.26
弗洛凯调控@汤沛哲PRL132.1
自旋量子计算@鲁大为PRL132.2
强关联@李自翔PRL132.3
量子光源@荆杰泰PRL132.4
时钟@自旋PRL132.5
非厄米物理@陈伟PRL132.6


关于学树地图

                          

学树地图为广大师生、研究人员提供学术领域的GPS,通过科研文献、学者信息、项目信息多维数据沉淀,进行深度挖掘数据关联,分析专业活跃度和需求趋势,呈现学术研究发展的脉络,传递前沿关键资讯。





学树地图
做您学术领域的GPS。挖掘学术数据,提供导航讯息,畅行学树地图!