近日，物理學(xué)院蘇石磊教授團(tuán)隊(duì)在光子芯片拓?fù)浔闷盅芯款I(lǐng)域取得積極進(jìn)展。該研究通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，系統(tǒng)闡明了超絕熱拓?fù)浔闷值奈锢頇C(jī)制與實(shí)現(xiàn)方法，為發(fā)展高效、緊湊、可擴(kuò)展的拓?fù)涔庾悠骷峁┝诵滤悸贰?/p>

拓?fù)涔庾訉W(xué)為實(shí)現(xiàn)片上光場(chǎng)調(diào)控提供了魯棒性強(qiáng)的物理機(jī)制，其中拓?fù)浔闷旨夹g(shù)因其內(nèi)在的拓?fù)浔Ｗo(hù)特性在可重構(gòu)集成光子器件中具有重要潛力。然而，傳統(tǒng)絕熱泵浦受限于緩慢調(diào)制過(guò)程，難以兼顧高效率與小尺寸，嚴(yán)重制約了其規(guī)模化應(yīng)用。近年來(lái)，盡管已有多種加速策略被提出，但仍面臨拓?fù)浔Ｗo(hù)性弱、實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)困難等問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)提出一種基于能隙模的絕熱捷徑策略，在光子芯片上實(shí)現(xiàn)了超絕熱拓?fù)浔闷址桨浮Ｔ摴ぷ鞯睦碚搫?chuàng)新在于，通過(guò)將反絕熱驅(qū)動(dòng)引入能隙模哈密頓量，構(gòu)建了無(wú)需次近鄰耦合或虛耦合的超絕熱演化路徑，僅利用實(shí)際可調(diào)參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)高保真度拓?fù)鋫鬏?。在?shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面，采用飛秒激光直寫(xiě)技術(shù)制備了Su-Schrieffer-Heeger模型波導(dǎo)陣列，實(shí)驗(yàn)證明該方案在僅40mm的器件長(zhǎng)度下即可實(shí)現(xiàn)高效率邊緣態(tài)泵浦，相比傳統(tǒng)絕熱泵浦器件尺寸減小20倍，較Landau-Zener等優(yōu)化方案進(jìn)一步縮減50%。該方案具有明顯的寬帶性能優(yōu)勢(shì)，器件在650–920nm寬波段內(nèi)保持高于0.95的傳輸保真度，并展現(xiàn)出良好的波長(zhǎng)魯棒性與可擴(kuò)展性，支持多端口集成，為高密度拓?fù)涔庾蛹删€(xiàn)路提供了可行路徑。

相關(guān)研究成果以“Superadiabatic topological pumping on photonic chips”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Nature Communications》上，論文第一作者為我校副研究員吳金雷、吉林大學(xué)博士研究生肖凱恒和中南大學(xué)倪祥教授，通訊作者為我校物理學(xué)院蘇石磊教授、吉林大學(xué)田振男教授和清華大學(xué)孫洪波院士，鄭州大學(xué)物理學(xué)院為第一單位。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、河南省重大科技專(zhuān)項(xiàng)、河南省自然科學(xué)基金及中國(guó)博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

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https://www.nature.com/articles/s41467-025-67693-6

鄭州大學(xué)物理學(xué)院在超絕熱拓?fù)涔庾訉W(xué)研究中取得積極進(jìn)展