Nature子刊！哈工程在拓扑光子学领域取得重要进展

近日，哈尔滨工程大学物理与光电工程学院超材料与光纤器件课题组利用连续扭角外尔超晶体，在实验上观测到了费米弧随角度重构。这一工作揭示了费米弧非周期散射的独特现象，为连续调控费米弧提供了可能，为新型器件设计、信息调控方式提供了可参考的途径。研究成果以“扭角光子外尔超晶体与非周期费米弧散射” (Twisted photonic Weyl meta-crystals and aperiodic Fermi arc scattering)为题，于3月18日在线发表于国际权威期刊《自然-通讯》(Nature Communications)上。

▲扭角外尔超晶体中的费米弧

金属中的费米面是被电子占据和未被占据的能量状态之间的一个边界。费米面通常是封闭的轮廓，并形成球体、椭圆体等形状。位于费米面的电子控制着材料的许多特性如导电性和导热性、光学特性等。外尔超晶体具有拓扑表面态特性，由表面态形成的费米面是不连续的线段，称为费米弧，是揭示结构拓扑特性的重要特征。拓扑表面态是一种量子物理学概念，它描述了材料表面上的特殊电子状态，在材料科学和量子计算等领域具有潜在的应用价值。

周期、有序拓扑结构中费米弧已经得到了广泛研究，而非周期的复杂结构中费米弧观测依然难度较大。该工作实现了非周期性费米弧在实验观测中的突破，并指出相位黎曼面是费米弧呈现出非周期散射的重要原因。通过连续扭转外尔超晶体，非周期结构出现，揭示了费米弧在其界面上散射特性，该工作有助于理解非周期性系统中的物理现象，也扩展了人们对固体物理与晶体学的理解。

该论文由哈工程与国防科技大学、同济大学、湖南大学共同合作完成。哈工程物理与光电工程学院2020级博士生王亦渊为该论文的共同第一作者，指导教师史金辉教授为论文共同通讯作者。该工作得到了香港大学张霜教授的指导和学校基础研究提升计划、国家自然科学基金的支持。

近年来，超材料与光纤器件课题组深耕基础研究，以哈尔滨工程大学为第一单位或通讯作者单位发表高水平论文SCI论文150余篇，其中包括Science Advances、 National Science Review、Physical Review Letters、Laser & Photonics Reviews等国际高水平学术期刊。课题组在拓扑光子学方向不断积累，探索新型拓扑光学器件，以及利用经典电路网络实现了新颖的三维拓扑现象，为探索拓扑相变、非线性效应、高维物理态、开放量子系统等其他物理现象提供了新方法。

《Nature Communications》创刊于2010年，是Nature旗下涵盖所有学术领域综合性科学刊物，期刊关注各类科学领域有影响力的研究成果，被国内外学者高度认可，是中科院1区Top期刊，2023年其影响因子为16.6。

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撰文 | 史金辉

信息来源 | 物理学院

排版 | 杜明敏

编辑 | 李颖超

责编 | 霍萍

审核 | 吕冬诗 金声