北理工课题组在人工规范场物理领域取得重要进展

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北京理工大学与香港大学合作，在光子晶体中实现了“朗道彩虹”现象，为多频宽带信息处理开辟了新途径。该研究成果发表在《physical review letters》上。

研究团队巧妙地利用人工磁场和人工电场协同作用，将不同频率的朗道模式精准地局域到不同的空间位置，如同彩虹般绚丽，故命名为“朗道彩虹”（Landau Rainbow）。 这克服了传统赝磁场诱导朗道能级高度简并、模式难以区分的难题。

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图1. (a, b) 不同频率的朗道零模在人工磁场和人工电场协同作用下被分离并局域到不同空间位置的示意图。

研究人员设计了一种易于制备的光子晶体结构。通过沿y方向的单轴缓慢形变产生赝磁场，并通过令介质柱面积沿x方向缓慢渐变产生赝电场。

图2. (a) 二维形变蜂窝晶格光子晶体。(b-e) 赝磁场和赝电场的构建过程。

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图3. (a) 微波近场实验测量装置。(b, c) 实验观测和*计算结果，证实了朗道彩虹现象。实验结果与*结果高度吻合，证实了“朗道彩虹”现象的物理机制。 值得注意的是，单独的赝磁场或赝电场都无法产生这种现象。

“朗道彩虹”器件具有宽带、可扩展和鲁棒性等优点，有望应用于拓扑慢光器件、拓扑分光器和拓扑波分复用系统等多波长光信息处理器件。这项研究为光子学中人工规范场的研究提供了新的物理平台和应用策略。

北京理工大学路翠翠教授和香港大学张霜教授为论文共同通讯作者，北京理工大学赵闻博士、郑焱基博士和路翠翠教授为共同第一作者。 清华大学刘永椿副教授和北京理工大学王志浩博士也参与了该项研究。 该研究得到了新基石科学基金、香港研究资助局、国家自然科学基金和北京理工大学等的支持。

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 2025-01-06