一维等离激元光子晶体中Jackiw-Rebbi态研究 | 进展

本文报道了中科院物理所等团队在一维等离激元光子晶体中实现高度局域Jackiw-Rebbi态的研究。背景：拓扑光子学中，体边对应关系指出非平庸拓扑材料边界存在拓扑保护界面态，一维系统中这种态源于Jackiw-Rebbi机制，但传统介质材料中的JR态局域范围较大（数个晶格常数至几个波长），不利于光集成。等离激元体系虽能将光场压缩至亚波长，但实验构建高局域JR态存在挑战。研究目的：基于SSH模型，设计一维金属-介质光栅结构，通过在等离激元体系中引入Dirac质量符号反转的拓扑相变（连续调节金属光栅宽度，使系统从拓扑平庸相过渡到非平庸相），并精准拼接形成异质结，以实现高度局域的JR态。结论：通过角分辨反射光谱在拼接界面成功观测到光子带隙内的JR态；与全介质结构相比，等离激元JR态的局域长度缩小约三倍，证明了金属结构在压缩模式体积上的显著优势。该工作借助等离激元慢光色散效应，将拓扑界面态横向扩展压缩至波长量级，在保持拓扑保护的同时减小模式体积，为拓扑光子学与纳米光子学融合提供了技术路径。