近日, 侯波教授课题组与香港科技大学物理学系温维佳教授和陈子亭教授、重庆大学物理学院王蜀霞教授和黄映洲教授合作，成功设计并制备出基于光学谷霍尔态的跨层信号传输器件，研究成果发表在国际权威期刊《Advanced Optical Materials》上（影响因子7.125，中科院分区光学一区）。温维佳教授与侯波教授为共同通讯作者，温维佳教授课题组吴肖肖博士为第一作者，侯波教授课题组研究生李振宇和陈健为第二和第三作者。
该谷霍尔器件是基于温维佳教授团队利用人工表面激元晶体第一次直接观测到了光学谷霍尔态的拓扑输运的前期工作而开发的。在此器件里，通过对处于光学谷霍尔态的人工表面激元晶体不同的堆叠与扭转，实现了光学谷霍尔态的层极化偏置或层极化破缺，实验结果与第一性原理计算得到的相图高度一致。进一步地，通过组合不同的层极化偏置或破缺的光学谷霍尔态，实现了电磁波信号在不同层之间受到拓扑保护的宽频跨层输运，在没有几何优化的情况下，实验测得信号衰减小于0.3 dB。并且，基于类似的原理，实现了具有层选择功能的电磁波拓扑延迟线，在传输受到拓扑保护几乎没有损耗的情况下，不同层之间的延迟时间可以通过图案任意定制调节。由于谷霍尔态等拓扑性质源于系统的对称性破缺，基本不依赖于系统的材料，因此这些器件可以通过改变特征尺度，直接应用于太赫兹（THz）与远红外等高频通讯波段。
此项工作表明，利用拓扑物理设计的电磁波与光学器件，由于其拓扑保护带来的一系列特性，可以在保证性能指标的情况下极大的降低设计的复杂性，在5G通信和光学计算等前沿领域将具有重要的应用前景。
该研究得到了香港卓越学科领域计划(AoE)、国家自然科学基金(NSFC)、集成光电子国家重点实验室开放课题等项目的支持。
论文信息：X. Wu, Z. Li, J. Chen, X. Li, J. Tian, Y. Huang, S. Wang, W. Lu, B. Hou, C. T. Chan, & W. Wen. Interlayer Topological Transport and Devices based on Layer Pseudospins in Photonic Valley-Hall Phases. Adv. Opt. Mater.7, 1900872 (2019).
文章链接：https://doi.org/10.1002/adom.201900872
