哈工大全媒體（闞思邈 史博建/文 史博建/圖）近日，物理學(xué)院丁衛(wèi)強(qiáng)教授課題組在拓?fù)涔庾有酒I(lǐng)域取得重要突破，相關(guān)研究成果以《基于橫向自旋匹配機(jī)制的拓?fù)涔庾泳w波導(dǎo)的高效耦合》（Efficient coupling of topological photonic crystal waveguides based on transverse spin matching mechanism）為題發(fā)表于《自然通訊》（Nature Communications）。

拓?fù)涔庾硬▽?dǎo)因魯棒傳輸特性備受關(guān)注，但其與片上功能器件的低輸入/輸出耦合效率制約實(shí)際應(yīng)用。傳統(tǒng)模式匹配方法依賴電場(chǎng)模式的嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)，但針對(duì)拓?fù)洳▽?dǎo)時(shí)效率較低。丁衛(wèi)強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，首次揭示了橫向自旋匹配（TSM）是拓?fù)洳▽?dǎo)高效耦合的關(guān)鍵機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，橫向自旋與能量流傳播方向通過(guò)自旋?動(dòng)量相互作用而鎖定，通過(guò)調(diào)控橫向自旋分布可實(shí)現(xiàn)能量單向傳輸?；诖耍瑘F(tuán)隊(duì)利用遺傳算法設(shè)計(jì)出尺寸僅1.2×0.8 微平方米的超高效率耦合器，理論傳輸效率96.3%，實(shí)驗(yàn)測(cè)量也高達(dá)94.2%，較此前報(bào)道結(jié)果提升顯著。研究表明橫向自旋匹配（TSM）機(jī)制具有普適性，可擴(kuò)展至其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且耦合效率可通過(guò)進(jìn)一步的深度優(yōu)化繼續(xù)提升（數(shù)值模擬結(jié)果顯示效率能夠超過(guò)99%）。該成果為拓?fù)涔庾有酒拇笠?guī)模功能集成奠定了理論基礎(chǔ)。

橫向自旋匹配實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)與拓?fù)洳▽?dǎo)高效耦合

哈工大為論文第一完成單位。物理學(xué)院助理研究員史博建、賈琦和博士研究生李效欣為共同第一作者，物理學(xué)院丁衛(wèi)強(qiáng)教授、曹永印副教授、馮睿老師，新加坡國(guó)立大學(xué)仇成偉教授為論文共同通訊作者。物理學(xué)院博士研究生李航、張燕霞、高艷雨、高文雅等人也對(duì)論文發(fā)表作出重要貢獻(xiàn)。

該研究獲國(guó)家自然科學(xué)基金、黑龍江省自然科學(xué)基金杰出青年項(xiàng)目支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-59941-6