深圳特区报2019年1月17日讯（记者马璇）日前，深圳大学二维材料光电科技国际合作联合实验室项元江课题组与英国伯明翰大学张霜教授课题组、宾夕法尼亚州立大学刘超星教授课题组合作，首次在光学系统中观测到手性零级朗道能级，并实现了三维光学外尔体系的人工磁场。相关成果以题为“Observation of chiral zero mode in inhomogeneous three-dimensional Weyl metamaterials”发表在国际顶尖期刊Science上。
据介绍，在量子系统中，一个带电荷的粒子在外磁场的作用下在垂直于磁场的方向的运动会被束缚，从而产生了分立的量子能级，即朗道能级。在高能物理中，狄拉克或外尔无质量相对论粒子具有手性对称性，也就保证了其手性电流为守恒量。然而，目前为止三维光学系统中手性朗道能级还没有得到观测。
在此次研究中，课题组首次通过调节外尔超材料中每个元胞内部结构，将整个外尔超材料做成非均匀体系，实现了三维光学外尔体系的人工磁场。该人工磁场能够产生手性朗道能级，对于不同的外尔点群速度的方向不同。这是光学系统中手性朗道能级的首次观测。
据了解，该成果提供了一个很好的平台来研究三维经典系统内由强磁场导致的各种有趣的拓扑现象。观测到的手性零级朗道能级，由于其单向体传播的性质，在实现新颖光学器件和系统方面有着潜在的应用。该研究还得到了国家自然科学基金基金的资助。