中新學者構建出三維材料中的光子“高速公路”

新華社杭州1月10日電（記者 朱涵）浙江大學和新加坡南洋理工大學的學者合作構建出首個三維光學拓撲絕緣體，在由該材料構建的光子“高速公路”上，光子避開材料雜質和缺陷，跑出了“Z”字形，大幅提高了傳輸效率。該成果于10日淩晨發表于《自然》雜誌。

光是生活中常見的電磁波，一般沿直線傳播。電磁波在傳播途中如果遇到缺陷、雜質、拐彎，往往會産生不可避免的散射，從而造成能量損耗。

“如果能設計出一種新型的引導電磁波的結構，讓這些散射因素‘隱形’，就將大大提升傳輸效率。”論文共同通訊作者、浙江大學教授陳紅勝説。

“凝聚態物理的熱門材料‘拓撲絕緣體’是這項研究的靈感源頭之一。”論文第一作者、浙江大學楊怡豪博士説。拓撲絕緣體是一種表面導電、內部絕緣的材料，它能讓電子繞著材料表面傳輸而不經過材料內部。

浙江大學和新加坡南洋理工大學團隊通過聯合攻關，設計出一種特殊結構的人工電磁單元，構建出三維光學拓撲絕緣體，首次將三維拓撲絕緣體從費米子體系擴展到了玻色子體系。

這條三維世界光子的“高速公路”為“Z”字形，但光子在傳播時，能夠無障礙地繞過“Z”形拐角。

“這項工作意味著，將來可以像三維拓撲絕緣體控制電子一樣用三維拓撲光子晶體來控制光子。”該項研究合作方之一、新加坡南洋理工大學張柏樂教授説。據悉，該研究有望應用於激光、光子芯片等新領域。