近期，PhysicsReviewLetters《物理评论快报》在线发表了武汉大学物理科学与技术学院肖孟教授的研究成果。该工作给出了自旋、赝自旋、谷和能带拓扑之间复杂联系的直接可视化、可测量的结果，为以拓扑保护的方式实现任意的光极化操纵提供了新的思路。
论文题为“MeronSpinTexturesinMomentumSpace”（《动量空间的半子自旋纹理》）。通讯作者为肖孟教授和斯坦福大学范汕洄教授，第一作者为斯坦福大学电气工程系郭诚同学，合作者包括斯坦福大学郭宇博士和上海交通大学袁璐琦教授。武汉大学为论文的共同第一署名单位。
实空间和动量空间中的自旋纹理一直是物理学中的重要研究课题，斯格明子、反斯格明子、半子（Meron）和反半子都是拓扑非平庸的自旋纹理。在此之前，已经在表面等离激元系统中观测到实空间的斯格明子，但光学中的反斯格明子、半子和反半子仍未被实现。
图1：半子赝自旋纹理
本文在蜂窝状光子晶体板中实现了动量空间的半子，这一现象之前在电子和光子系统中都未被发现。打破空间反演后，其能带结构在K点和K’点出现带隙，呈现出类谷物理，并在K点和K’点附近引入了如上图所示的半子赝自旋纹理。
图2：从光子透射谱和反射谱中提取的半子赝自旋纹理信息
K点和K’点附近的半子赝自旋纹理是拓扑非平庸的，与局域的±π贝利曲率相关。有别于电子体系，光子晶体中的这一特性可以从能谷附近辐射光子的自旋性质中反映出来。如图2所示，透射一侧辐射光子的自旋呈现出半子自旋纹理，反射一侧辐射光子的自旋呈现出反半子自旋纹理。该工作给出了自旋、赝自旋、谷和能带拓扑之间复杂联系的直接可视化、可测量的结果。除了促进光子晶体基础性的认识之外，在应用上，该工作为以拓扑保护的方式实现任意的光极化操纵提供了新的思路。
（来源：武汉大学新闻网通讯员物轩）