7月，我校光学工程研究团队与南方科技大学、武汉科技大学、中国科学院空天信息创新研究院等单位合作，首次在实验中实现了极化激元拓扑相的腔调控，突破了传统拓扑系统必须依赖晶格结构改变才能调控拓扑性质的限制。相关成果以“Observation of cavity-tunable topological phases of polaritons”为题发表在国际知名期刊《Nature Communications》上发表。我校电信工程与智能化学院孟岩副研究员为论文共同通讯作者，郗翔博士为共同作者，东莞理工学院为本研究第二完成单位（第一通讯单位）。
拓扑光学与拓扑极化激元作为近年来光-物质相互作用研究的重要前沿方向，因其在光量子器件、波导、激光器、芯片集成等领域展现出的鲁棒性与可编程性而备受关注。然而，传统拓扑体系中的拓扑不变量（如Zak相、Chern数）通常由晶格结构决定，这使得在不改变结构的前提下调控拓扑性质几乎不可能。本研究通过引入微波螺旋共振器链（MHRs）并将其嵌入可调宽度的金属腔体中，实现了光-物质强耦合下极化激元的形成和调控。这种新型“类三能级系统”可通过调节腔体宽度直接影响光-物质耦合强度，从而在不改变晶格结构的条件下实现极化激元拓扑相的连续调控。实验中不仅观测到了拓扑Zak相从π跃迁到0的过程，还首次确认了一个包含三类非重合临界点的全新拓扑相变过程：能隙闭合点、Zak相跃迁点以及边界态与体态混合点。本成果为拓扑相调控提供了全新的设计范式，不仅在基础研究层面突破了拓扑不变量调控的传统路径，更为可调谐的光子器件、拓扑激光器、非线性拓扑光子学等应用方向提供了理论基础与实验平台。
此外，围绕拓扑光子学这一研究主线，团队还在《Physical Review Letters》在线发表两篇研究论文，标题分别为"Photonic bilayer Chern insulator with corner states"和"Realization of Topology-Controlled Photonic Cavities in a Valley Photonic Crystal"。具体研究内容如下：
（1）传统高阶拓扑绝缘体的实现主要依赖于晶体对称性，其拓扑保护的机制仅能确保角态的出现，但无法保证角态必然局域于体带隙内。这是因为带隙内的模式主要依赖于局域对称性（如手性对称性或粒子-空穴对称性等），而这些对称性在光子学系统中难以调控且常被破坏，从而导致角态与体态共存，并降低了鲁棒性。相比之下，手性边界态的实现仅依赖于时间反演对称性，并且可以严格局域于体带隙内。因此，由二维陈绝缘体相互作用产生的任何角态都将存在于体带隙中。通过将两个具有相反符号陈数的二维陈绝缘体堆叠形成双层结构，团队成员首次在实验中观测到了原本无带隙的手性边界态在层间耦合作用下产生的能隙。进一步，通过调节晶体对称性，将手性边界态的能隙扩展至除了角部以外的整个体系，从而诱导出零维角态。这一独特的物理特性有助于推进基于角态的高阶拓扑绝缘体的理解与实现，为诸如高品质腔、低阈值激光器、多极激光器以及激子-极化激元器件等应用的实现提供有价值的见解。
（2）近期，科学家在理论层面取得重要突破，提出了一种基于谷自由度近守恒原理的新型拓扑调控光子腔设计方案。相较于传统的拓扑回音壁光子腔或光子晶体谐振腔，这种以谷自由度近守恒特性为基础的新型拓扑调控光子腔，展现出显著的性能优势。在此基础上，团队成员率先在谷光子晶体体系中完成了该新型拓扑调控光子腔的实验验证。通过精心设计反射镜结构，成功将谷极化边界态稳定局域于其传播路径的终端，直观呈现了理论设计的可行性。实验数据进一步揭示，该光子腔的能量局域化程度与品质因子，均由反射镜拓扑结构所调控的谷翻转时间直接决定，为拓扑调控机制提供了确凿的实验依据。这项研究成果不仅拓展了拓扑光子腔的设计思路，更系统完善了其核心设计范式，为拓扑光子学在新型光电器件领域的应用奠定了重要基础。
文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/33mm-mx88
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.033803
（撰稿：郗翔、孟岩； 一审：王红成； 二审：尹华勤； 三审：李长平）
