重庆大学韩德专课题组在物理学顶级期刊《Physical Review Letters》上发表研究成果

2023年7月6日，重庆大学韩德专教授课题组与复旦大学资剑教授课题组合作，在物理学顶级期刊《Physical Review Letters》上发表了题为“General bound states in the continuum in momentum space”的研究论文。该论文以重庆大学为第一单位和通讯单位，重庆大学青年教师蒋瞧和博士生胡鹏（已毕业）为共同第一作者，韩德专和资剑为共同通讯作者。

支持共振模式的光子晶体平板已经成为研究动量空间中偏振奇点的一个理想平台。在动量空间中，不同类型的偏振奇点，包括涡旋偏振奇点(V点)和圆偏振态(C点)已经被揭示并在实验中观察到。在V点，由于远场辐射消失，对应的Bloch模式没有泄漏，因此被称为连续谱中的束缚态(BIC)。在保持光子晶体平板的对称性的前提下，通过改变系统参数，BIC可以沿着动量空间的高对称性线连续移动。最近的研究表明，可以通过打破系统的所有面内镜像对称性将BIC从动量空间的高对称性线上移动到非高对称性点。然而，在不改变光子晶体平板对称性的情况下，在动量空间高对称线以外是否存在BIC仍然是一个谜。在本工作中，我们利用动量空间中的偏振图研究了偏振奇点的分布和演化。包括V点(BIC)和C点在内的偏振奇点对应着偏振图的顶点。可以证明，偏振图中的每一个面所具有的拓扑荷必然为零，这表明了不同k点上的偏振奇点之间具有一种非局域的关联性。

基于上述偏振图所揭示的偏振奇点之间的关联性，团队首次证明了在不降低系统对称性的情况下，BIC可以在动量空间的高对称性线之外稳定存在，并将这一类BIC称之为“general BIC”。进一步地，通过改变系统的几何参数，观察到了与这种普遍BIC相关的两类有趣的过程，包括两个普遍BIC与一个高对称线上BIC合并导致了后者拓扑荷的翻转，以及两个携带相反拓扑荷的普遍BIC在动量空间高对称性线之外合并，并最终导致拓扑荷湮灭。

该工作揭示了光子晶体平板体系中BIC在动量空间中的普遍存在性，为动量空间中BIC的分布提供了一个更加完整的图像。所发现的高对称线之外的BIC为实现偏振奇点调控提供了新机理，对可调控矢量光场激光器、涡旋光场生成以及光场偏振调控等方面的研究具有重要价值。该研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金和中央高校专项基金等等的资助。

图. 动量空间中的偏振图。(a)偏振图及其对偶图。BIC和C点分别对应偏振图中不同颜色边的交点和连接点。(b)偏振图中面的拓扑荷为零。(c)对偶图中面的拓扑荷等于偏振图中对应顶点的拓扑荷。

文章链接：

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.013801