首次觀測到基于簡并腔中渦旋光子的非厄米奇異點(diǎn)

(資料圖)

記者1月30日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、許金時、韓永建等人利用簡并光學(xué)諧振腔內(nèi)的渦旋光子構(gòu)建非厄米人工軌道角動量晶格，觀測到了非厄米奇異點(diǎn)。該成果于日前發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》上。

奇異點(diǎn)是非厄米系統(tǒng)的獨(dú)特性質(zhì)，它們存在于與周圍環(huán)境有能量交換的開放系統(tǒng)中，是拓?fù)湮锢碇匾难芯繉ο蟆Ｔ谇捌诠ぷ骰A(chǔ)上，研究組巧妙地引入一個參數(shù)贗動量，并在人工軌道角動量與參數(shù)贗動量構(gòu)成的二維動量空間中構(gòu)建了狄拉克點(diǎn)。進(jìn)一步通過在人工軌道角動量晶格上引入偏振非平衡損耗，使動量空間中的狄拉克點(diǎn)劈裂成一對奇異點(diǎn)。

中國科大供圖

在非厄米系統(tǒng)中，能量通常會變成復(fù)數(shù)，而對復(fù)能量的探測往往十分困難。本項(xiàng)工作中，研究組創(chuàng)造性提出了基于人工軌道角動量維度的復(fù)能譜探測方法——波前角分辨能譜探測法。利用這一技術(shù)，研究組不僅成功觀測到了動量空間的奇異點(diǎn)，還觀測到了體費(fèi)米弧、宇稱-時間對稱性破缺的相變和半整數(shù)能帶纏繞等有趣的現(xiàn)象和特性。此外相比于傳統(tǒng)的拓?fù)淞孔幽M體系，光學(xué)人工合成維度具有靈活的調(diào)節(jié)能力。研究組通過調(diào)控人工合成維度中的參數(shù)，使動量環(huán)繞奇異點(diǎn)一周，觀測到復(fù)能量的反轉(zhuǎn)，直觀地刻畫了復(fù)能帶黎曼面的幾何特征。

光學(xué)人工合成維度是近年來興起的拓?fù)淞孔幽M的新方法。研究組搭建的基于簡并腔中渦旋光子的人工維度實(shí)驗(yàn)平臺，不僅能用來探索深刻的拓?fù)湮锢恚€可用于開發(fā)功能強(qiáng)大的全光器件。審稿人評價(jià)這項(xiàng)工作“大規(guī)模非厄米系統(tǒng)的數(shù)值模擬是十分困難的，因此這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工作提供了一個新的重要研究視角，特別是在技術(shù)應(yīng)用方面”。

關(guān)鍵詞： 軌道角動量 十分困難 周圍環(huán)境 能量交換 對稱性破缺