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一种重要的拓扑学结构:莫比乌斯带(来源:ICphoto)在拓扑物理学中,最火热的研究概念莫过于拓扑绝缘体,自年被发现以来,逐渐成为了凝聚态物理领域的一个新热点,并被认为是继石墨烯(年诺贝尔物理学奖)之后的”NextBigThing”,它对基础物理的理解以及半导体器件的应用都有很大的价值。年,大卫?索利斯、邓肯?霍尔丹和迈克尔?科斯特利茨共同获得了诺贝尔物理学奖,以表彰他们在理论上发现了物质的拓扑相变和拓扑相。该领域最简单的应用是电子拓扑绝缘体,简单说就是一个有特殊结构的绝缘体,表层材料经特殊处理后可允许电子通过,而其内部是绝缘体还可防止漏电,制备出的器件功耗较低,因此在半导体器件上有着潜在应用价值。而拓扑光学是一个新兴的方向,它将拓扑自由度引入光学系统,从根本上改变人们对光的认识和利用。杨怡豪告诉DeepTech:“其实,光学拓扑绝缘体是电子拓扑绝缘体的泛式,它将电子拓扑绝缘体的概念运用到光学上。”光学拓扑绝缘体(PTI,PhotonicTopologicalInsulators)是对电子拓扑绝缘体的模拟,最直接的性质就是作为光的“绝缘体”——不透光,但是边界却可以导光,即可以支持一种表面波模式。因此,光学拓扑绝缘体能做成具有特殊功能的波导来传递光信号,例如有些光学拓扑绝缘体的表面波有单向传播的特性,所以当它遇到障碍物时不会被反射,可以用来做成对杂质和缺陷免疫的波导。图
光学拓扑绝缘体,它的表面态可以对缺陷和障碍物免疫(来源:杨怡豪)当然以上只是光学材料的表象,更深层的物理在于其能带的拓扑特性。虽然能带理论早已经被引入光学,并诞生了光子晶体,但是此前人们更
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