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光学青年| 李峰教授,喜欢“非主流”但有重要研究意义的内容

发布:guangxuedaren阅读:415时间:2020-8-5 21:41:10

本期嘉宾:

李峰,西安交通大学教授、博士生导师,国家级青年人才计划入选者。2006年和2008年在天津大学取得学士和硕士学位,2013年获法国尼斯大学博士学位。2008年至2017年先后在加拿大麦吉尔大学、法国国家科研中心(CNRS)、法国巴黎第六大学、英国谢菲尔德大学学习和工作,获欧盟玛丽居里奖学金资助。主要研究方向包括光学微腔和微纳结构中的激子极化激元、量子、类量子与拓扑效应等。现任中国激光杂志社青年编委。

体会极化激元理论之妙

在传统的理解中,光进入固体后以真空光速除以介电常数的速度传播,通过电场的极化作用,进而激发光学声子或其它元激发。而黄昆先生指出(由黄昆方程推导得出),光进入固体后,就与贡献介电常数的元激发(不限于横偏振光学声子)相互作用,而耦合在一起传播。并且对同一个波矢,会存在两个频率的波,其中每一个波的电磁波和机械振动成分和相应的能量所占的比例随频率变化。

这是一个全新的物理图景,彻底颠覆了光波独立传播、不与元激发耦合的传统观念。因为一般来说,能够相互耦合的两个系统是同质的,而极化激元则由声子和光子两种不同的玻色子耦合而成。

在现代物理中,极化激元这一概念已经深入到物理学的许多领域,尤其是激子极化激元,在凝聚态物理、微纳光学和量子光学中都具有重要的研究意义。我在法国CNRS读博士的时候,正是被微腔中激子极化激元的理论之妙、实验之美深深吸引。后来又接触到一些在微腔极化激元系统中做光子自旋轨道耦合方面的理论和实验研究,发现这类研究思路独辟蹊径,非常精妙。我觉得很有趣,就有意把自己的研究方向向微腔自旋光子学这方面倾斜。

尝试“非主流”方法实验

在我读博期间的代表性工作研究出来之前,世界上有好几个课题组正在研究制备高品质的氧化锌法-珀微腔,用来实现室温下的极化激元凝聚,然而,经过近10年的努力仍没有实现。当时的主流制备方法是异质外延生长或沉积,但效果不是特别理想。我第一年研究时也努力尝试外延生长,却总是失败。后来我想,既然在异质腔镜上生长出高质量的氧化锌单晶激活层很难,那能不能改变思路,避开材料生长这一步,直接把一块单晶氧化锌衬底磨削到微米以下的厚度来做激活层,在两面沉积高反射率电介质多层膜做腔镜。

8月份,大多数同事都在休假,我开始在实验室做这项工作。那时在大多数人看来,我采取的这种磨片子方法是不规范、不靠谱的,不少人觉得这样不可能做得出来,但是我的导师支持我积极尝试。事实证明,我用这种“非主流”的方法制备出了当时品质因子最高的氧化锌微腔,直接实现了室温下的极化激元凝聚,并在此微腔上实现了一系列之前没有条件实验的与极化激元凝聚相关的物理效应,也发表了非常漂亮的实验数据和理论分析。一起合作研究的同事甚至称这个微腔为Feng’s cavity。

明白研究意义所在

论文发表后,很多极化激元领域的知名专家对我这种打破常规的方法当面表达了欣赏,这给了我很大的信心。这项工作也使我获得了与这一领域的杰出学者交流、到顶级课题组工作的机会。随着对这一领域更加深入的理解,其重要的物理意义和潜在的应用价值才在我的意识里逐渐浮现。

此后,我便喜欢发掘看似在主流关注之外、但有重要研究意义的内容,我后来做出的几项主要成果,都多少有些“非主流”的意味。然而了解这些工作的人会觉得它们十分有趣,在科学探索和技术创新上也都有相当的价值。
我目前主要研究光学微腔以及其他人工光学微结构中的光与物质相互作用,侧重于微腔极化激元、光子自旋轨道耦合相关的领域。在该领域,我们课题组已经取得诸如室温下微腔极化激元凝聚、微腔光子自旋涡旋态、微腔光子非平庸拓扑能谷态、光学蜂巢晶格中的涡旋动力学、光学蜂巢晶格中的光子自旋轨道耦合效应等成果。

与此同时,随着科研探索的深入,我希望基于微纳尺度光子链路的光子芯片能尽快在实际中应用,尤其是光量子芯片的成功实用。我也希望看到电子材料中的一系列重要物理效应,如量子自旋和反常霍尔效应等,能够尽可能简单地在片上光学结构中实现,这也是我们研究微腔自旋光子学的意义所在。

为中国光学期刊建设出力

我上大学时学习的是光电子专业,当时就知道《中国激光》是国内著名的光学期刊。本世纪这20年来,中国的学术研究水平飞速提升,中国学者在国际知名刊物上发表的论文数量呈指数上升,中国学术期刊的知名度和国际影响力也取得了大幅度的提升。作为一名青年学者,我对建设中国高水平学术期刊抱有巨大的热情,希望能看到中国的学术期刊有越来越重要的国际影响力。

再加上中国激光杂志社青年编委都是光学领域的优秀青年学者,在这个集体中可以获得更多的学术交流、学习提高和合作研究的机会。所以,我很开心能加入杂志社青年编委团队。

 

代表性论文:

 

1. Feng Li, L. Orosz, O. Kamoun, S. Bouchoule, C. Brimont, P. Disseix, T. Guillet, X. Lafosse, M. Leroux, J. Leymarie, M. Mexis, M. Mihailovic, G. Patriarche; F. Reveret, D. Solnyshkov, J. Zuniga-Perez, and G. Malpuech, “From excitonic to photonic polariton condensate in a ZnO-based microcavity”, Phys. Rev. Lett., 110, 196406 (2013).

2. S. Dufferwiel, Feng Li*, E. Cancellieri, L. Giriunas, A. A. P. Trichet, D. M. Whittaker, P. M. Walker, F. Fras, E. Clarke, J. M. Smith, M. S. Skolnick, and D. N. Krizhanovskii*, “Spin Textures of Exciton-Polaritons in a Tunable Microcavity with Large TE-TM Splitting”, Phys. Rev. Lett., 115,246401 (2015).
3. Yufeng Li, Lungang Feng, Feng Li*, Peng Hu, Mengqi Du, Xilin Su, Dongxu Sun, Haijun Tang, Qiang Li, and Feng Yun*, “Three-Dimensional Anisotropic Microlaser from GaN-Based Self-Bent-Up Microdisk”, ACS Photonics, 5, 4259 (2018)
4. Zhaoyang Zhang, Feng Li*, G. Malpuech, Yiqi Zhang, O. Bleu, S. Koniakhin, Changbiao Li, Yanpeng Zhang,* Min Xiao,* and D. D. Solnyshkov,“Particlelike Behavior of Topological Defects in Linear Wave Packets in Photonic Graphene”,Phys. Rev. Lett., 122, 233905(2019)
5. Zhaoyang Zhang, Shun Liang, Feng Li*, Shaohuan Ning, Yiming Li, G. Malpuech, Yanpeng Zhang, Min Xiao, and D. Solnyshkov*, “Spin–orbit coupling in photonic graphene”, Optica 7, 455(2020)

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