Author Affiliations
Abstract
Northwestern Polytechnical University, School of Physical Science and Technology, MOE Key Laboratory of Material Physics and Chemistry under Extraordinary Conditions, Key Laboratory of Light-Field Manipulation and Information Acquisition, Ministry of Industry and Information Technology, Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology, Xi’an, China
Optical cavities play crucial roles in enhanced light–matter interaction, light control, and optical communications, but their dimensions are limited by the material property and operating wavelength. Ultrathin planar cavities are urgently in demand for large-area and integrated optical devices. However, extremely reducing the planar cavity dimension is a critical challenge, especially at telecommunication wavelengths. Herein, we demonstrate a type of ultrathin cavities based on large-area grown Bi2Te3 topological insulator (TI) nanofilms, which present distinct optical resonance in the near-infrared region. The result shows that the Bi2Te3 TI material presents ultrahigh refractive indices of >6 at telecommunication wavelengths. The cavity thickness can approach 1/20 of the resonance wavelength, superior to those of planar cavities based on conventional Si and Ge high refractive index materials. Moreover, we observed an analog of the electromagnetically induced transparency (EIT) effect at telecommunication wavelengths by depositing the cavity on a photonic crystal. The EIT-like behavior is derived from the destructive interference coupling between the nanocavity resonance and Tamm plasmons. The spectral response depends on the nanocavity thickness, whose adjustment enables the generation of obvious Fano resonance. The experiments agree well with the simulations. This work will open a new door for ultrathin cavities and applications of TI materials in light control and devices.
topological insulator optical nanocavity photonic crystal electromagnetically induced transparency-like effect 
Advanced Photonics
2024, 6(3): 036001
欧鑫林 1,2,*王进 2赵可 1,2
作者单位
摘要
1 西南交通大学物理科学与技术学院, 成都 610031
2 西南交通大学超导与新能源研究开发中心, 成都 610031
MnBi2Te4是首次被发现的一种本征磁性拓扑绝缘体, 具有重要的研究意义。本文通过在MnBi2Te4晶体中进行稀土元素掺杂, 合成了Er掺杂MnBi2Te4晶体, Er原子进入晶格并取代Mn位。在晶体制备过程中, 考虑到目前晶体制备工艺周期较长, 生成物存在Bi2Te3助熔剂等杂质的问题, 对晶体制备工艺进行了优化探索。XRD测试结果表明, 利用改进工艺制备的Er掺杂MnBi2Te4晶体结晶性能良好, 不含杂质相。磁电输运测量结果显示, 少量Er掺杂MnBi2Te4晶体的磁性增强, 掺杂样品在25.2 K发生反铁磁相变。使用原子力显微镜对Er掺杂MnBi2Te4晶体层间距进行了研究, 发现层间距为单层MnBi2Te4的整数倍。通过拉曼测试研究了Er掺杂MnBi2Te4晶体声子振动模式, 结果表明, Er掺杂是调节MnBi2Te4磁性的一种可行方法。
反铁磁拓扑绝缘体 Er掺杂 结晶性 磁性 声子振动模式 MnBi2Te4 MnBi2Te4 antiferromagnetic topological insulator Er doping crystallinity magnetic property phonon vibration mode 
人工晶体学报
2023, 52(9): 1635
作者单位
摘要
1 南京大学,固体微结构物理国家重点实验室&现代工程与应用科学学院,南京 210093
2 江苏省功能材料设计原理与应用技术重点实验室, 南京 210023
α-Sn(灰锡)是一种重要的拓扑材料, 据理论预测, 打破α-Sn的对称性可以得到拓扑绝缘体、拓扑半金属等多种拓扑相。目前α-Sn的研究以理论计算和角分辨光电子能谱研究能带结构为主, 受限于衬底条件, 高质量的α-Sn外延生长及其电输运性质的研究较少。本文结合课题组近几年在α-Sn薄膜外延生长和拓扑输运性质方面的研究进展, 系统地综述了高质量单晶α-Sn薄膜的分子束外延生长、电输运的测试方法及拓扑性质的验证。通过对输运性质的研究证实了α-Sn的狄拉克半金属相和自旋极化拓扑表面态, 进一步通过改变薄膜厚度和外加应力的方式来实现α-Sn拓扑性质的调控。以上工作不仅为进一步研究α-Sn的拓扑性质提供了重要依据, 也为基于α-Sn的新型量子器件研究提供了重要的材料基础。
拓扑材料 分子束外延 输运表征 狄拉克半金属 拓扑绝缘体 α-Sn α-Sn topological material molecular beam epitaxy transport measurement Dirac semimetal topological insulator 
人工晶体学报
2023, 52(6): 1025
姚晨禹 1,2张力波 1,3卫英东 1王林 1,*[ ... ]陆卫 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室,上海 200083
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院大学杭州高等研究院 物理与光电工程学院,浙江 杭州 310024
二维材料中的新量子态对凝聚态物理和现代光电器件的发展具有重要意义。然而具有宽带、室温和快速响应能力的太赫兹光电探测技术,由于缺乏暗电流和光吸收之间的最佳平衡,仍然面临着巨大的挑战。在这项研究中,作者合成了新型拓扑绝缘体材料GeBi4Te7,并搭建了其与Bi2Te3的范德华异质结,以实现高灵敏度的太赫兹光电探测器。在平面金属-材料-金属结构中实现了在室温下将低光子能量太赫兹波段直接转化为光电流。结果表明,基于Bi2Te3-GeBi4Te7的太赫兹光电探测器能够实现0.02 ~0.54 THz的宽谱探测,且具有很高的光响应率(在 0.112、0.27、0.5 THz下分别为 592 V?W-1、203 V?W-1、40 V?W-1),响应时间小于6 μs。值得注意的是,它被用于高频太赫兹的成像应用演示。这些结果为Bi2Te3-GeBi4Te7拓扑绝缘体异质结材料的低能量光电应用开辟了可行性途径。
太赫兹 拓扑绝缘体 天线 异质结 terahertz topological insulator antenna heterojunction 
红外与毫米波学报
2023, 42(3): 362
作者单位
摘要
安徽理工大学力学与光电物理学院,安徽 淮南 232001
马约拉纳费米子遵循非阿贝尔统计,在拓扑量子计算和量子信息处理方面具有潜在的应用前景。过去十多年中,各种可能存在马约拉纳零模的复合低维凝聚态系统相继被提出,并通过各种电学手段探测到了类似马约拉纳费米子的信号,如半导体纳米线/超导体系统、铁原子链/超导结构、铁基超导复合系统,以及拓扑绝缘体/超导体异质结等,并且拓扑绝缘体可能存在马约拉纳费米子的提议备受关注。最近几年也在实验上观测到了类似马约拉纳费米子的信号。然而对于马约拉纳费米子在低维凝聚态系统中存在的确凿证据以及马约拉纳费米子实现的拓扑量子计算还有待研究。本文综述了在各种复合低维凝聚态系统中找寻马约拉纳费米子的方案,并对实验探寻马约拉纳费米子的电学方法进行了详细的阐述。当前马约拉纳费米子的理论研究和实验探测方案主要集中在电学测量方面,为了得到更确凿的马约拉纳费米子的证据,有必要提出可供选择的探测马约拉纳费米子的方法或模型。考虑目前在微纳尺度上的技术进展,结合复合微纳系统,通过引入光学泵浦-探测技术,提出一系列全光学探测马约拉纳费米子的方法。然后,对光学探测马约拉纳费米子,以及马约拉纳费米子诱导的相干光学传输进行了综述。最后,展望了在固态量子器件中马约拉纳费米子在拓扑量子计算上的应用前景。
量子光学 马约拉纳费米子 半导体纳米线 铁原子链 超导结构 拓扑绝缘体 光学泵浦-探测技术 量子点 纳米机械振子 
激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0500002
Weiwei Tang 1,2,3,*Qiannan Jia 2,3Yong Wang 2,3Ding Zhao 2,3[ ... ]Min Qiu 2,3,*
Author Affiliations
Abstract
1 University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Hangzhou, China
2 Westlake University, School of Engineering, Key Laboratory of 3D Micro/Nano Fabrication and Characterization of Zhejiang Province, Hangzhou, China
3 Institute of Advanced Technology, Westlake Institute for Advanced Study, Hangzhou, China
Manipulating motion of microobjects with light is indispensable in various technologies. On solid interfaces, its realizations, however, are hampered by surface friction. To resolve this difficulty, light-induced elastic waves have been recently proposed to drive microobjects against friction. Despite its expected applicability for arbitrary optical-absorptive objects, the new principle has only been tested with microsized gold plates. Herein, we validate this principle using a new material and report directional and continuous movements of a two-dimensional topological insulator (Sb2Te3) plate on an untreated microfiber surface driven by nanosecond laser pulses. The motion performance of the Sb2Te3 plate is characterized by a scanning electron microscope. We observe that the motion velocity can be controlled by tuning the average power of laser pulses. Further, by intentionally increasing the pulse repetition rate and exploiting the low thermal conductivity of Sb2Te3, we examine the thermal effects on actuation and reveal the motion instability induced by formations of microbumps on Sb2Te3 surfaces due to the Marangoni effects. Moreover, as the formed microbumps are heated to viscoelasticity states, liquid-like motion featuring asymmetry in contact angles is observed and characterized, which expands the scope of light-induced actuation of microobjects.
optical actuation nonliquid environment topological insulator 
Advanced Photonics Nexus
2022, 1(2): 026005
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics, State Key Lab for Mesoscopic Physics, Academy for Advanced Interdisciplinary Studies, Collaborative Innovation Center of Quantum Matter, and Nano-optoelectronics Frontier Center of Ministry of Education, Peking University Yangtze Delta Institute of Optoelectronics, Peking University, Beijing 100871, China
2 National Laboratory of Solid State Microstructures, Department of Materials Science and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210093, China
3 College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871, China
4 Department of Physics and HKU-UCAS Joint Institute for Theoretical and Computational Physics at Hong Kong, the University of Hong Kong, Pokfulam Road, Hong Kong, China
Photonic topological insulators with robust boundary states can enable great applications for optical communication and quantum emission, such as unidirectional waveguide and single-mode laser. However, because of the diffraction limit of light, the physical insight of topological resonance remains unexplored in detail, like the dark line that exists with the crystalline symmetry-protected topological edge state. Here, we experimentally observe the dark line of the Z2 photonic topological insulator in the visible range by photoluminescence and specify its location by cathodoluminescence characterization, and elucidate its mechanism with the p-d orbital electromagnetic field distribution which calculated by numerical simulation. Our investigation provides a deeper understanding of Z2 topological edge states and may have great significance to the design of future on-chip topological devices.
photonic topological insulator edge state cathodoluminescence TMDC 
Opto-Electronic Advances
2022, 5(4): 210015
作者单位
摘要
1 咸阳师范学院物理与电子工程学院,陕西 咸阳 712000
2 西安理工大学自动化学院,陕西 西安 710021
3 陕西科技大学电气与控制工程学院,陕西 西安 710021
拓扑绝缘体(TI)是一种具有特殊能带结构的新型量子物态。它的体内结构像绝缘体一样不导电,而表面像导体一样具有金属性能够导电,能够实现无损耗传播能量和信息,良好的光学透射率。利用平面角谱展开法和传输矩阵理论研究了拉盖尔-高斯(LG)光束入射分层拓扑绝缘体(TI)薄膜的相位分布特征。数值结果表明,反射场和透射场中LG光束的相位结构会随着拓扑磁电极化率(TMEP)的变化而变化,尤其是p波的相位分布中心轴发生左移或者右移的现象。拉盖尔-高斯LG光束入射分层拓扑绝缘体介质薄膜相位分布特征在无线激光通信、光学囚禁、微粒操纵、非线性光学以及信息编码等领域有一定意义。
表面光学 拉盖尔-高斯光束 拓扑绝缘体 相位结构 分层介质 传输矩阵理论 
激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0524002
作者单位
摘要
南京大学现代工程与应用科学学院,南京 210023
拓扑绝缘体是一类内部绝缘而在表面可以导电的物态,其倒空间的能带具有非平庸的拓扑特性,而在其实空间的边界上具有可以单向传播的边界态。这种拓扑界面态出现往往依赖于界面处的拓扑相变。而最近有研究在一类Floquet的拓扑体系中实验观测到一种规范场相变诱导产生的拓扑π模,这种拓扑态的产生可能不依赖于拓扑相变。本文对于这种规范场诱导的拓扑π模的产生机理做出了理论解释。两个Floquet规范相反的体系的哈密顿量由于规范相变而具有相反的π能隙质量项,类似于Jackiw-Rebbi模型,从而导致拓扑界面态的出现。本文的研究为规范场相变诱导拓扑模式的产生提供了理论基础,并加深了人们对于Floquet规范场的理解。
Floquet系统 拓扑π模 人工规范场 Su-Schriffer-Heeger模型 Jackiw-Rebbi模型 拓扑绝缘体 Floquet system topological π mode artificial gauge field Su-Schriffer-Heeger model Jackiw-Rebbi model topological insulator 
人工晶体学报
2021, 50(7): 1340
刘硕 1张霜 3,*崔铁军 2,*
作者单位
摘要
1 英国伯明翰大学 天文与物理学院,伯明翰 英国,B152TT
2 东南大学 毫米波国家重点实验室,江苏 南京,210096
3 香港大学 物理系,中国 香港,999077
在过去的十年里,材料的拓扑相变以及它们的奇异物理现象在固态电子学领域掀起了研究热潮。近些年来,人们开始在其他系统中重现和模拟电子体系中的各种拓扑现象,包括冷原子气体、离子阱、光子学、声子学、机械波和电路体系。在这些体系平台中,由电感电容所组成的拓扑电路因具有高度灵活的设计自由度、高性价比、易加工和易集成的独特优势而备受关注。除此之外,在拓扑电路中可以方便地设计具有任意长程耦合、非线性、非互易、增益等效应的拓扑模型,从而实现很多在电子体系和光学体系中难以实现的非线性、非阿贝尔和非厄米的拓扑相变材料。本文作为拓扑电路领域的第一篇综述,系统性地回顾了过去六年拓扑电路领域的主要进展,重点关注其理论建模、电路设计与实验测量,并对拓扑电路与电子和光学体系中的拓扑绝缘体着重进行讨论和区别。本综述涵盖了多种不同类型的拓扑电路,包括含有非平庸边界态、高阶拓扑角模式以及外尔粒子的厄米拓扑电路,拥有拓扑节线和节点态的高维拓扑电路,具有趋肤效应和由增益/衰减导致的非厄米拓扑电路,自感应拓扑边界态的非线性拓扑电路,以及具有非阿贝尔规范场效应的拓扑电路。
拓扑绝缘体 拓扑半金属 电路 边界态 体-边对应关系 topological insulator topological semimetal electrical circuit edge stage bulk-edge correspondence 
中国光学
2021, 14(4): 736

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