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。
Physical Review Letters Vol. 132, Iss. 11
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11期的浏览视频，该期杂志于2024年3月刊发，总共45篇文章。国内的研究机构作为通讯作者单位发表的文章又爆发一把，总共11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PRL132.11给我们）
本期PRL选手是中山大学的董建文。他本科和博士毕业于中山大学，毕业后留校任教，期间曾在美国加州大学伯克利分校、香港科技大学做访问学者，现任中山大学教授，物理学院副院长。他是青年长江、国家优青获得者，2020年获教育部青年科学奖（全国8名）。他的研究范围跨越微纳光学与光子学、拓扑光子学、超材料、光学全息，长期围绕超构光场调控物理与应用开展系统深入研究，尤其是拓扑超构材料的片上光量子器件、超构表面像素阵列的新型光学成像等方向。在这些方向上迄今为止他已发表学术论文100多篇（包括7篇PRL），6篇入选ESI高被引论文，主持了国家基金委重点，国家重点研发等项目，2017年由于能谷光子晶体方面的工作被评为中国光学十大进展。同时他还是中国光学学会全国光学青年学术论坛副主席、基础光学专委会委员，中国物理年会拓扑物理与器件分会主席，中国光学工程学会理事，全国超材料学会理事、中国激光杂志社青编委、PhotoniX编委等等。
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董建文团队PRL历程 董建文的关键词之一是拓扑光子晶体。光子晶体的概念本系列推文中已有涉及，由于光在不同材料中的传播特性不一致，如果在光波长的尺度下周期性地改变材料排布，可以调控光的传播行为，形成阻断传播、局域增强、特定波长透过等效果，这种周期性结构被称之为光子晶体，光子晶体内允许传播的各种波长的光被称为光子晶体的不同模式。由于是人造周期性结构，制备过程中容易有局部缺陷造成光的散射从而降低光子晶体品质，在此情形下，利用拓扑保护提升样品的鲁棒性是合理的选择，这样的光子拓扑态在改善光通信和量子发射性能方面很有帮助，单向传输光波导和单模激光器就是直接的例子。于是研究者们借助拓扑光子学理论研究光子晶体、超构表面等超结构，提出并实现了大量新奇的光学现象且设计制作了各种高性能指标的光学器件，为超构光子学开启了拓扑光子学这一重要分支。
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能谷光子晶体中赝自旋和拓扑调控（图片来自网络）
2017年，董建文团队提出的能谷光子晶体中赝自旋和拓扑调控，该研究利用光子晶体内禀的能谷自由度和自旋能谷耦合效应，实现了能谷附近的能带劈裂，提出了类比电子能谷霍尔效应的光学赝自旋—路径关联传输，即光子能谷霍尔效应，并在双各向异性光子晶体中实现了赝自旋能流的单向传输和拓扑光子界面态。 随着拓扑光子学与集成光子学的融合，大量基于手性边缘态的无散射损耗光子器件被设计出来。近年来，一种有别于传统手性边缘态的新型拓扑光传输模式——反手性边缘态被提出，并在磁光光子晶体中被观测。然而，反手性边缘态的实现通常需要打破系统时间反演对称性，而磁光材料的使用难以推广至可见光波段。2023年，董建文团队成功在时间反演不变的光子晶体系统中观测到了拓扑保护的反手性表面态，这将有助于将反手性传输现象推广至微纳光学系统，为集成光子系统中的光场调控提供新方案。![]()
拓扑光子学边缘态示意图（图片来自网络）
通常人们习惯于在动量空间中去实现和讨论拓扑光子晶体，但是动量空间的维度一般与实空间的维度保持一致，这极大地阻碍了人们对高维度空间中拓扑模式的探索。受到合成维度物理和四维量子霍尔效应的启发，2023年，董建文团队通过引入两个额外的合成平移维度，并结合二个动量维度构建了四维空间的第二陈晶体。这种第二陈晶体具有內禀非平庸拓扑属性，不依赖于晶格类型和原胞结构参数，通过降维可以得到存在于更低维度的拓扑边界模、拓扑角模和拓扑位错模，这为拓扑光子晶体的设计带来了新视角，还可以推广到任意晶格类型的片上硅基微纳光子晶体设计中，提供了在经典波系统中设计拓扑器件的普适方案。 在近年来的拓扑光子学研究中，科学家们设计和制造了多种具有非平庸特性的光学拓扑绝缘体。这些材料在无序程度较低时，能够维持边界态的鲁棒传播，这对于开发高性能的片上光波导和拓扑激光器具有重要意义。然而，当无序程度增强时，带隙会闭合，导致系统退化为平庸态，从而失去边界态的鲁棒性。值得注意的是，某些特定的强无序条件并不会对光的传播产生负面影响，反而可以通过无序诱导的拓扑相变，将系统从平庸态转变为拓扑态，形成拓扑安德森绝缘体。2024年，董建文团队首次实验上实现了光学拓扑安德森绝缘体，他们采用了一种创新的实验设计，不仅构建了互为时间反演对称的光学赝自旋对，同时还能灵活地调控无序程度的强弱，成功实现了光学拓扑安德森绝缘体，他们通过理论分析，数值模拟以及实验验证，全面证实了无序诱导的拓扑相变的存在，同时还展示了无序诱导的光束转向，揭示了无序对光传播调控的潜力。![]()
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