深圳特區報2019年1月17日訊（記者馬璇）日前，深圳大學(xué)二維材料光電科技國際合作聯(lián)合實(shí)驗室項元江課題組與英國伯明翰大學(xué)張霜教授課題組、賓夕法尼亞州立大學(xué)劉超星教授課題組合作，首次在光學(xué)系統中觀(guān)測到手性零級朗道能級，并實(shí)現了三維光學(xué)外爾體系的人工磁場(chǎng)。相關(guān)成果以題為“Observation of chiral zero mode in inhomogeneous three-dimensional Weyl metamaterials”發(fā)表在國際頂尖期刊Science上。
據介紹，在量子系統中，一個(gè)帶電荷的粒子在外磁場(chǎng)的作用下在垂直于磁場(chǎng)的方向的運動(dòng)會(huì )被束縛，從而產(chǎn)生了分立的量子能級，即朗道能級。在高能物理中，狄拉克或外爾無(wú)質(zhì)量相對論粒子具有手性對稱(chēng)性，也就保證了其手性電流為守恒量。然而，目前為止三維光學(xué)系統中手性朗道能級還沒(méi)有得到觀(guān)測。
在此次研究中，課題組首次通過(guò)調節外爾超材料中每個(gè)元胞內部結構，將整個(gè)外爾超材料做成非均勻體系，實(shí)現了三維光學(xué)外爾體系的人工磁場(chǎng)。該人工磁場(chǎng)能夠產(chǎn)生手性朗道能級，對于不同的外爾點(diǎn)群速度的方向不同。這是光學(xué)系統中手性朗道能級的首次觀(guān)測。
據了解，該成果提供了一個(gè)很好的平臺來(lái)研究三維經(jīng)典系統內由強磁場(chǎng)導致的各種有趣的拓撲現象。觀(guān)測到的手性零級朗道能級，由于其單向體傳播的性質(zhì)，在實(shí)現新穎光學(xué)器件和系統方面有著(zhù)潛在的應用。該研究還得到了國家自然科學(xué)基金基金的資助。