我校郭光燦院士團隊在單個微腔內構建了人工規範場研究方面取得重要進展。該團隊的董春華研究組首次利用回音壁模式微腔中多模相互作用，通過幾何相位控制實現了人工合成規範場，包括合成磁場和合成電場。該研究成果2021年3月22日發表在國際學術期刊《Physics Review Letters》上。
當帶電粒子經過一個回路，通過的磁通量產生一個相位差，這個相位差可以用來研究凝聚態物理裏有趣的拓撲現象，比如拓撲相位，拓撲保護量子態等。對於非帶電粒子或者玻色子，類似地，可以通過構建一個幾何相位，即構建哈密頓量，使非帶電粒子和玻色子獲得一個路徑相關的相位，來實現合成磁場。合成磁場可以為量子多體物理的類比計算提供更高的精度和對玻色子更好的控制。同時，合成磁場可以在多個體系裏進行實現，比如超冷原子、光子、聲子以及其他玻色准粒子。
此前的研究都是通過多個微腔體系來構建這樣一個幾何相位實現人工規範場。而該團隊首次利用單個微腔，通過微腔支持多模相互作用的特點，實現了合成規範場。利用光纖錐同時向微腔注入順時針和逆時針的驅動光，可以實現光子與聲子相干耦合且耦合相位完全可控。在實驗中，他們證明光子在多個模式間耦合輸運會獲得與路徑相關的相位差，從而實現了光子的等效合成磁場；進一步的發揮微腔光場調控的優勢，也實現了時變的規範相位，從而首次在單個微腔中實現光子的合成電場。由於微腔裏可以實現比較强的相干光機械耦合相互作用，以及相干的非線性光學效應，實驗結果也預示了合成磁場可以在可控的情况下拓展到更高的維度，這個是在現實的晶格裏還沒實現的；此外，本實驗中的合成規範場也有望用於研究光子的拓撲性質，實現手性邊緣態和拓撲保護。
圖注：（a-b）單個微腔內的多模相互作用建立了可擴展的人工規範場；（c-e）不同合成磁場强度下腔內光子及聲子的響應。
陳元、張延磊、沈鎮為該論文的共同第一作者，董春華、鄒長鈴為通訊作者。上述研究得到了科技部重點研發計畫、中國科學院、國家自然科學基金委、量子資訊與量子科技前沿協同創新中心等組織的支持。
論文連結：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.123603
本文轉載於中國科學技術大學新聞網（http://news.ustc.edu.cn/index.htm），版權原作者所有，文章內容不代表平臺觀點或立場。如有關於文章內容、版權或其他問題請與我方聯系，我方將在核實情况後對相關內容做删除或保留處理！聯繫郵箱：yzhao@koushare.com