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　　近日，物理科學與信息工程學院楊冰教授課題組在拓撲光子學研究領域取得新進展，相關成果以“Constructing helical edge states with two-dimensional C6 and C6-like symmetric photonic crystals（《利用二維C6和類C6對稱光子晶體構建螺旋邊界態》）”為題發表在物理學類重要期刊《Physical Review B》（《物理評論 B》，Nature Index收錄）上。

　　近年來，二維拓撲贗自旋光子晶體中的螺旋邊界態引發了人們廣泛關注。螺旋邊界態的特點在于能實現光波的無損耗單向傳輸，這為光通信和光計算帶來了革命性的應用前景。在此項研究中，課題組以幾種不同形狀的正多邊形棱柱構成的二維C6對稱光子晶體為基礎，通過巧妙的設計，部分替換光子晶體原胞中的正多邊形棱柱，設計了類C6對稱光子晶體（如圖1b和圖1c所示）。數值計算表明，即使在C6對稱性破缺的類C6對稱光子晶體中，通過調整棱柱的大小，不同種類的光子晶體也可以形成相似的能帶結構（如圖1d-1f和圖2所示）。將這些C6對稱和類C6對稱光子晶體沿zigzag邊界拼接可以構建近似相同的螺旋邊界態。通過考察這些螺旋邊界態的傳輸特征，課題組證明了它們具有相同的單向傳播特性（如圖3所示）。研究結果表明，二維拓撲贗自旋光子晶體中螺旋邊界態的形成和性質僅由界面兩側光子晶體的拓撲能帶結構和拓撲贗自旋性質決定，而與實際空間中光子晶體中散射體的形狀無關。課題組的研究為進一步理解螺旋邊界態的形成提供了依據，并為實踐中拓撲邊界態的調控提供了理論支撐。

　　圖1 C6對稱和類C6對稱光子晶體結構及其能帶結構

　　圖2 C6對稱和類C6對稱光子晶體完全帶隙變化情況

　　圖3 C6對稱和類C6對稱光子晶體拼接所構成的螺旋邊界態及其單向傳輸特性

　　該項工作得到了山東省自然科學基金和聊城大學自然科學基金的支持。2019級物理學專業本科生王小龍為論文第一作者，2020級物理學專業研究生隋文杰為論文共同第一作者，楊冰教授為通訊作者，研究生張玉、張紫瑞、姚勇希等參與了部分工作，聊城大學為第一署名單位。

　　（審核 吳成）