李朝红教授研究组在拓扑光子学领域取得重要进展

作者：　|　发布时间：2016/11/28　|　浏览量：822

      近日，李朝红教授研究组在光的拓扑相变与拓扑输运方面取得了重要进展。该研究组发现了广义AAH（Aubry-André-Harper）模型中的拓扑相变，并提出如何基于光学波导阵列利用拓扑输运测量体态拓扑数。相关结果发表于国际著名期刊《激光光子学评论》（影响因子大于7）[Laser Photonics Reviews 10, 1064 (2016)]，并被选为封底论文。

      拓扑相变和拓扑数测量是拓扑物理学中的重要科学问题。基于光学亥姆霍兹方程与薛定谔方程的等价性，经典光学体系可以用来研究和检验量子力学的相关基本规律，并有效地实施量子模拟。近年来，基于光学体系探究拓扑相和拓扑相变已经形成一个新的研究领域——拓扑光子学。拓扑数的观测一直是表征拓扑相的关键问题，拓扑光子学领域现有研究主要通过探测边缘态去了解拓扑特性，但直接测量体态拓扑数仍然是一个巨大挑战。

      诺贝尔物理学奖得主戴维·索利斯 (David J. Thouless) 在1983年提出拓扑量子输运的概念，也就是著名的索利斯泵浦（Thouless pumping）。不同于经典泵浦，由量子力学主导的索利斯泵浦通过周期性地改变一维晶格的势能，实现粒子的定向输运。索利斯泵浦的每个调制周期内，粒子被输运的距离和方向取决于体态拓扑数。

      李朝红教授研究组发现了不同可公度广义AAH模型的拓扑不等价性，并提出如何基于光学波导阵列利用光的索利斯泵浦去测量体态拓扑数。通过计算体态陈拓扑数，发现了体系的拓扑相变，并给出了整个参数空间内的拓扑相图。特别是，给出了支持大陈数拓扑相的参数区域。并建议通过周期性地调制波导折射率和波导间距去实现光的索利斯泵浦，从而实现对体态拓扑数的有效观测。这些结果增进了人们对广义AAH模型的拓扑特性的认识，并为光学体系的体态拓扑数的测量提供了一种有效的途径。

      本研究得到了科技部、教育部、国家自然科学基金委和光电材料与技术国家重点实验室等机构的资助。博士生柯勇贯为论文第一作者，李朝红教授为论文唯一通讯作者，中山大学为论文第一署名单位。围绕以原子和光子为载体的人工量子体系，李朝红教授研究组主要开展量子工程与精密测量的理论研究，近年来不断在新奇量子物态及其调控、非平衡量子动力学与量子精密测量等方面取得新进展（详细信息见研究组主页：http://quantum.sysu.edu.cn）。

      论文链接: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.201600119/full