科技的发展往往是一个不断突破和创新的过程，而在这个过程中，科学家们总是不懈地探索未知的领域，寻找那些尚未被发现的规律和现象。
最近，清华大学深圳国际研究生院的宋清华副教授团队与新加坡国立大学和洛桑联邦理工大学的教授们合作，提出了一个全新的概念——“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”，这是一个具有突破性的研究进展，让我们一起来看看吧！
【1】推进拓扑光学研究的新方向
>>>常规拓扑光子晶体vs“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”
“拓扑光学”是近年来兴起的一个新兴领域， 它研究的是那些在空间中具有特殊拓扑性质的光子晶体。这些光子晶体具有特殊的拓扑荷，这种拓扑荷就像是物质的“身份证”，决定了光子晶体的性质和行为。
传统的拓扑光子晶体大多是在理想的、没有任何缺陷的晶体结构中进行研究的。然而，现实中的光子晶体通常存在各种各样的缺陷和不规则性，这些缺陷和不规则性会对光子晶体的性质和行为产生重要影响，因此也 有人提出了“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”的概念。
>>>BIC中的拓扑特性，能否在无序中保留？
在光学中，存在一种特殊的光学现象，称为“光学束缚态连续域”（BIC）。BIC是一种特殊的光学现象，具有特殊的拓扑荷，能够在光学器件中起到稳定性的作用，并提高光学器件的性能。比如 ，BIC可以用于提高光学通信的效率、增强光学成像的清晰度、提高光学传感器的灵敏度等。
而 “无序辅助的实动量拓扑光子晶体”的提出则为拓扑光子晶体的研究提供了新的方向，宋清华教授团队和合作伙伴们通过引入无序信息，成功地将BIC的拓扑特性保留在了无序的结构中，突破了传统研究中无序对拓扑光学不利影响的局限性。
>>>“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”的优势
研究发现，传统的拓扑光子晶体的制备过程中，由于晶体结构中存在各种缺陷和不规则性，这些缺陷和不规则性会对光子晶体的性质和行为产生影响，导致拓扑特性无法得到充分发挥。
而通过引入无序信息，前者在制备过程中所遇到的缺陷和不规则性很可能成为后者的“助力”， 使拓扑光子晶体的性能得到了显著提高，这为拓扑光子晶体在实际应用中的推广提供了可能。
【2】“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”的特性揭秘
01.拓扑缺陷的稳定性机制
“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”的主要特性在于其能够在无序的结构中保持BIC（连续域束缚态）的拓扑特性，这一特性使得其在实际应用中具有更高的稳定性和可靠性。例如，在清华大学深圳国际研究生院的宋清华副教授团队的研究中，通过引入无序信息，成功地在无序的结构中保持了BIC的拓扑特性，实现了光子晶体的拓扑信息编码。
相关研究发现 ，在引入无序信息后，光子晶体中的光波会在无序的部分被散射和反射，从而形成束缚态，这些束缚态的存在使得光波在晶体中得到了更好的局域化，极大地提高了光子晶体的稳定性。
02.实动量双涡旋的调控
“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”还具有更高的拓扑共振模式的可调性。拓扑共振模式是指光子晶体中的光波在特定条件下所形成的共振现象，通过调节光子晶体的结构和材料参数，可以实现对拓扑共振模式的调控，从而实现对光波的精确控制。
在这项研究中，研究人员通过调节光子晶体的结构和材料参数，实现了具有嵌套图案和高维拓扑荷的实动量双涡旋的调控，这为光子晶体在光通信、光成像等领域的应用提供了新的思路。研究人员还发现，这些拓扑共振模式具有稳定的拓扑性质，即使在外部扰动下也能保持稳定，这一特性使得“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”在实际应用中具备更高的可控性。
【3】突破拓扑光学的研究瓶颈，前景可期
“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”不仅在基础研究上取得了重要进展，也在实际应用中展现出了广阔的前景。研究团队的研究得到了清华大学、香港中文大学等多个机构的支持，并发表在了《自然》期刊上，研究团队还 结合多位学者的研究成果，通过开展多学科、多领域的合作，推动了光子晶体领域的研究进展，体现了跨机构、跨学科的研究合作对推动科学研究的重要性。
【延伸观点】“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”或会引发的新的研究探索
探索量子计算中的应用
未来，研究人员可以进一步探索“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”在量子计算中的应用，例如，可以将“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”与量子比特结合，实现对量子信息的高效处理和存储。
探索其他波动形式的应用
研究人员还可以进一步探索“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”在其他波动形式中的应用，如声波、电磁波等，通过验证“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”在不同媒介中的适用性，为其在实际应用中的推广提供更多的支持。
探索医疗技术中的应用
同时，研究人员也可以考虑开发“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”在生物医学成像或治疗等领域的应用，如实现高精度的成像技术、精准的治疗技术等，提高医疗技术的精确性和效果。
探索智能环境的应用
此外，研究人员还可以探索将“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”技术融入到智能环境中，如智能家居、智能医疗、自动化系统等，实现更高效的信息传输和处理。
探索新型光学材料的开发
同时，该研究的开展或将激发新型光学材料的开发，这些新型光学材料可以与“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”结合，实现更高效、灵活的光学传输和处理技术，为光学领域的研究带来新的突破。
“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”的提出，是清华大学深圳国际研究生院宋清华副教授团队与新加坡国立大学、洛桑联邦理工大学等多位教授团队的共同努力的结果，研究团队充分发挥了各自的优势，紧密合作，实现了“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”的重要突破。
这一研究成果不仅为拓扑光学的研究提供了新的方向，也为光子晶体的实际应用提供了新的思路，相信在不久的将来，这一研究成果将会在实际应用中得到广泛推广，为人类的科技进步做出更大的贡献。
