湖南大学合作Science：二维材料，再立奇功！
小纳米
2020-10-15
在凝聚态物理中，拓扑为理解和探索新型量子态提供了可能。强耦合光-物质系统中的拓扑光子学，为新一代可调光学设备提供了可能性。激子极化子已经成为探索连接电子和光子系统的新拓扑物质的重要平台。激子极化子是半光半物质的准粒子，是由于激子和光子之间的相干能量传递速率超过它们的衰减速率时，它们之间的强杂交而产生的。研究表明，拓扑极化子，即混合激子-光子准粒子可以实现无散射手性传播。但迄今为止，这些实验必须要在4K深低温和强磁场下进行。有鉴于此，宾夕法尼亚大学Ritesh Agarwal等人和湖南大学潘安练等人合作，实现了温度高达200 K的螺旋拓扑极化子。考虑到单层过渡金属二硫属化合物（TMDs）具有激子振荡强度，是在较高温度下探索二维极化子物理的极佳选择，而其超薄几何形状则可确保对底层光子晶体的能带结构的干扰最小。研究人员以单层WS2为研究对象，单层WS2激子中没有外部磁场，通过将单层WS2激子与拓扑非平凡的六角形光子晶体强耦合，证明了在类似QSH系统中的螺旋拓扑极化子。类似于QSH绝缘子中的螺旋边缘状态，该系统中的拓扑激子-极化子不同于其平凡的对应态。具有不同螺旋度的极化子沿相反的方向传播，并且在拓扑上受到保护，不会反向散射。拓扑螺旋极化子为经典和量子信息处理应用为开发稳健可调的极化子自旋电子器件提供全新的平台。总之，这项研究为拓扑材料的发展提供了新机遇，极大地推动了拓扑器件的实现。Wenjing Liu et al. Generation of helical topological exciton-polaritons. Science 2020, eabc4975.https://science.sciencemag.org/content/early/2020/10/07/science.abc4975?rss=1
