北京大學(xué)在拓?fù)涔庾訉W(xué)領(lǐng)域取得重大進(jìn)展
貝里曲率（Berry curvature）是量子力學(xué)中描述幾何相位演化的關(guān)鍵物理量。非平凡貝里曲率可引發(fā)量子霍爾效應(yīng)、反常霍爾效應(yīng)等拓?fù)洮F(xiàn)象，在電子、光子等體系的拓?fù)溲芯恐衅鹬P(guān)鍵作用。然而，貝利曲率與能帶結(jié)構(gòu)本身的拓?fù)湫再|(zhì)有關(guān)，往往被封閉在體系內(nèi)部，難以直接觀測。近日，北京大學(xué)的彭超、尹雪帆研究團(tuán)隊(duì)與合作者在Nature Communications上發(fā)表了一項(xiàng)突破性研究，首次在非厄米光子系統(tǒng)中通過遠(yuǎn)場輻射測量成功表征了貝利曲率。 QAvir%Y9Q
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圖1.輻射拓?fù)?能帶拓?fù)涞膶?yīng)關(guān)系 E}sO[wNPf
在研究中，團(tuán)隊(duì)利用光子晶體平板結(jié)構(gòu)構(gòu)造具有非平凡拓?fù)湫再|(zhì)的光子能帶。為解決波函數(shù)被封閉在體系內(nèi)部難以直接觀測的難題，團(tuán)隊(duì)提出利用輻射光子作為“信使”，將體系內(nèi)部的能帶拓?fù)湫畔⑼渡湓谶h(yuǎn)場輻射的偏振信息中，成為一種直接觀測開放體系拓?fù)湫再|(zhì)的創(chuàng)新方法。團(tuán)隊(duì)理論上證明了光子輻射的幾何特性與系統(tǒng)內(nèi)在能帶拓?fù)涞年P(guān)系，即 “輻射拓?fù)?能帶拓?fù)涞膶?yīng)關(guān)系”（bulk-radiation correspondence）。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)場輻射的偏振態(tài)作為可直接觀測量，可直接反映非厄米體系光子能帶的貝利曲率在二維動量空間中的分布。由此，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個光學(xué)測量系統(tǒng)，對蜂窩晶格光子晶體平板中的貝利曲率以及谷-陳數(shù)進(jìn)行了直接測量。 q~3,yyu
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圖2.Berry曲率實(shí)驗(yàn)測量與理論計(jì)算結(jié)果 e
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