借助超材料中常用的金属开口环谐振腔在三维空间的排列，实现了三维光子拓扑绝缘体，并实验观察到了表面态的狄拉克锥结构和沿着尖锐弯曲畴壁传播的具有鲁棒性的拓扑边界态。

光子拓扑绝缘体在近些年得到人们越来越多的研究。在一维和二维结构中，人们设计并实验发现了各种各样的光子拓扑绝缘体，其具有的单向传播的，鲁棒性的边界态，让设计具有独特性质的光子器件成为可能。然而，将这一性质提升到三维却有着很多困难，关键之一是实现三维的拓扑非平庸的全带隙。近日，来自新加坡南洋理工的Yihao Yang, Zhen Gao和Baile Zhang等人，以及来自中国浙江大学的Hongsheng Chen等人，首次设计和实验实现了具有3D 全带隙的光子拓扑绝缘体。该设计结构具有非常宽的带隙（超过25%）。借助具有强磁电耦合的金属开口环谐振腔（split-ring resonator, or SRR）在三维空间的排列，实验实现了一种弱的三维光子拓扑绝缘体（表面态具有偶数个狄拉克锥），并实验观察到了表面态的狄拉克锥结构和沿着尖锐弯曲畴壁传播的具有鲁棒性的边界态。

实验中，在铁氟龙玻璃编织包铜压层板（Teflonwoven glass fabric copper-clad laminate）背景中放置SRR，通过调节SRR的z方向的长度，可以实现宽禁带结构的连续变化。z方向的反射对称性的破坏，会引入双各项异性（bi-anisotropic）耦合，起到类似Kane-Mele 自旋轨道耦合（SOC）作用。实验将两种不同拓扑类型的结构拼接在一起，测量了沿着畴壁的透射谱，发现即使在体带的禁带频率区域，边界态仍然具有高的透射率，证实了拓扑绝缘体的体-边界对应效应。实验还测量了表面狄拉克锥，演示了边界态的鲁棒性，结果得到了数值模拟的相互印证。相关研究成果发表在近期的《Nature》上。

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来源：两江科技评论