深圳特區(qū)報(bào)2019年1月17日訊（記者馬璇）日前，深圳大學(xué)二維材料光電科技國際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)元江課題組與英國伯明翰大學(xué)張霜教授課題組、賓夕法尼亞州立大學(xué)劉超星教授課題組合作，首次在光學(xué)系統(tǒng)中觀測到手性零級朗道能級，并實(shí)現(xiàn)了三維光學(xué)外爾體系的人工磁場。相關(guān)成果以題為“Observation of chiral zero mode in inhomogeneous three-dimensional Weyl metamaterials”發(fā)表在國際頂尖期刊Science上。
據(jù)介紹，在量子系統(tǒng)中，一個(gè)帶電荷的粒子在外磁場的作用下在垂直于磁場的方向的運(yùn)動會被束縛，從而產(chǎn)生了分立的量子能級，即朗道能級。在高能物理中，狄拉克或外爾無質(zhì)量相對論粒子具有手性對稱性，也就保證了其手性電流為守恒量。然而，目前為止三維光學(xué)系統(tǒng)中手性朗道能級還沒有得到觀測。
在此次研究中，課題組首次通過調(diào)節(jié)外爾超材料中每個(gè)元胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將整個(gè)外爾超材料做成非均勻體系，實(shí)現(xiàn)了三維光學(xué)外爾體系的人工磁場。該人工磁場能夠產(chǎn)生手性朗道能級，對于不同的外爾點(diǎn)群速度的方向不同。這是光學(xué)系統(tǒng)中手性朗道能級的首次觀測。
據(jù)了解，該成果提供了一個(gè)很好的平臺來研究三維經(jīng)典系統(tǒng)內(nèi)由強(qiáng)磁場導(dǎo)致的各種有趣的拓?fù)洮F(xiàn)象。觀測到的手性零級朗道能級，由于其單向體傳播的性質(zhì)，在實(shí)現(xiàn)新穎光學(xué)器件和系統(tǒng)方面有著潛在的應(yīng)用。該研究還得到了國家自然科學(xué)基金基金的資助。