左圖：陳子亭教授（左）與團(tuán)隊(duì)成員張若洋博士（右）、崔曉晗博士（中）在討論旋磁雙零超材料產(chǎn)生時(shí)空光渦旋的機(jī)制。右圖：（a-d）傳統(tǒng)雙零折射率超材料與旋磁雙零折射率超材料對(duì)比，以及（e）利用旋磁雙零超材料產(chǎn)生時(shí)空光渦旋。

　　香港科技大學(xué)（科大）研究團(tuán)隊(duì)利用一種名為“旋磁雙零折射率超材料”（GDZIMs）的全新光學(xué)極端參數(shù)超材料，研發(fā)出一種基于GDZIMs的嶄新光波操控機(jī)制，有望革新光通信、光學(xué)成像（用于生物醫(yī)學(xué)）和納米技術(shù)等領(lǐng)域，推動(dòng)集成光子芯片、高保真光通信及新型量子光源的發(fā)展。這項(xiàng)研究由科大賽馬會(huì)高等研究院臨時(shí)院長(zhǎng)兼物理系講座教授陳子亭教授，以及物理系訪問學(xué)者張若洋博士共同領(lǐng)導(dǎo)，并已發(fā)表于《自然》期刊。\大公報(bào)記者 郭如佳

　　GDZIMs是一種獨(dú)特的光學(xué)超材料，其特性恰好位于兩種不同光子拓?fù)湎嘧兊呐R界點(diǎn)，能以突破傳統(tǒng)認(rèn)知的方式操控光波。GDZIMs與傳統(tǒng)材料有所不同，它同時(shí)具有零電容率和特殊的磁光特性，可穩(wěn)定地生成時(shí)空光學(xué)渦旋──種同時(shí)在時(shí)間和空間維度同步旋轉(zhuǎn)的光場(chǎng)模式，使其在光傳播控制方面具有卓越效能，對(duì)眾多先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

　　構(gòu)建更快速更安全光通信系統(tǒng)

　　研究人員通過構(gòu)建磁性光子晶體并將其參數(shù)調(diào)節(jié)至相變臨界點(diǎn)，首次實(shí)現(xiàn)了這種超材料，利用微波實(shí)時(shí)場(chǎng)掃描系統(tǒng)，他們進(jìn)一步證實(shí)，當(dāng)光脈沖撞擊GDZIM平板時(shí)，會(huì)反射形成時(shí)空渦旋──這是一種在時(shí)空維度同時(shí)呈現(xiàn)渦旋結(jié)構(gòu)、攜帶橫向軌道角動(dòng)量的特殊光波包。

　　研究揭示這種渦旋光的產(chǎn)生源于GDZIMs的內(nèi)稟拓?fù)涮匦?，因此渦旋光的產(chǎn)生不會(huì)受到系統(tǒng)尺寸或周圍環(huán)境的影響，呈現(xiàn)出極強(qiáng)的穩(wěn)定性。此一重大突破有望提升光學(xué)技術(shù)性能，以助構(gòu)建更快速和更安全的光通信系統(tǒng)。

　　陳教授表示：“這項(xiàng)研究連通了超材料、拓?fù)湮锢韺W(xué)和結(jié)構(gòu)光場(chǎng)三個(gè)重要物理學(xué)，基于超材料拓?fù)涮匦?，確立了就時(shí)空光場(chǎng)操控機(jī)制的全新概念。研究成果有望推動(dòng)超高精度和高效率光學(xué)器件的設(shè)計(jì)，同時(shí)開辟廣闊的應(yīng)用前景，我們對(duì)其潛力的探索目前僅初現(xiàn)端倪?！?/p>

　　推動(dòng)超高精度光學(xué)器件設(shè)計(jì)

　　張博士補(bǔ)充表示：“這種生成時(shí)空渦旋機(jī)制的拓?fù)浞€(wěn)定性確實(shí)令人矚目，為開發(fā)新型超材料和光操控技術(shù)提供了一個(gè)有力的平臺(tái)，對(duì)轉(zhuǎn)化為通訊和高性能光子電路等領(lǐng)域的工業(yè)級(jí)應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)?！?/p>

　　GDZIMs在不同領(lǐng)域蘊(yùn)含廣泛的應(yīng)用前景，既能助力開發(fā)小型集成光子芯片以通過抑制通信干擾而提升通信質(zhì)量，還可以催生開發(fā)尖端技術(shù)的新型手性選擇性光源。此外，GDZIMs產(chǎn)生光渦旋的獨(dú)特機(jī)制為遠(yuǎn)距離、大容量空間光信息傳輸提供了新路徑，有望同時(shí)提升光網(wǎng)絡(luò)通信的速度和安全性。

　　這項(xiàng)名為“旋磁零折射率介質(zhì)中的體時(shí)空渦旋對(duì)應(yīng)關(guān)系”的研究，是與香港城市大學(xué)、深圳大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、武漢大學(xué)、英國南安普敦大學(xué)的研究人員合作完成。