Nature Communications正式出版！郑州大学物理学院在超绝热拓扑光子学研究中取得重要进展

近日，团队与吉林大学、清华大学、中南大学等高校的研究团队合作，在光子芯片拓扑泵浦研究方向取得突破性成果。研究成果以“Superadiabatic topological pumping on photonic chips （片上光子超绝热拓扑泵浦）”为题正式出版于国际权威期刊《Nature Communications》。量子信息与量子模拟团队吴金雷副研究员为第一作者，苏石磊教授为共同通讯作者，郑州大学物理学院为论文的第一完成单位。

拓扑光子学为实现片上光场调控提供了鲁棒性强的物理机制，其中拓扑泵浦技术因其内在的拓扑保护特性在可重构集成光子器件中具有重要潜力。然而，传统绝热泵浦受限于缓慢调制过程，难以兼顾高效率与小尺寸，严重制约了其规模化应用。近年来，尽管已有多种加速策略被提出，但仍面临拓扑保护性弱、实验实现困难等问题。

图1. 超绝热拓扑泵浦的物理机制与器件实现示意图

对此，郑州大学吴金雷、苏石磊与合作团队提出了一种基于能隙模的绝热捷径策略，在光子芯片上实现了超绝热拓扑泵浦方案。

1）理论创新：通过将反绝热驱动引入能隙模哈密顿量，构建了无需次近邻耦合或虚耦合的超绝热演化路径，仅利用实际可调参数即可实现高保真度拓扑传输。

2）实验验证：采用飞秒激光直写技术制备了SSH模型波导阵列，实验证明该方案在仅40 mm的器件长度下即可实现高效率边缘态泵浦，相比传统绝热泵浦器件尺寸减小20倍，较Landau-Zener等优化方案进一步缩减50%。

3）性能优势：该器件在650–920 nm宽波段内保持高于0.95的传输保真度，并展现出良好的波长鲁棒性与可扩展性，支持多端口集成，为高密度拓扑光子集成回路提供了可行路径。

该工作通过理论与实验相结合，系统阐明了超绝热拓扑泵浦的物理机制与实现方法，为发展高效、紧凑、可扩展的拓扑光子器件提供了新思路。

该项工作得到了国家自然科学基金、河南省重大科技专项、河南省自然科学基金及中国博士后科学基金等项目的资助。文章链接： https://www.nature.com/articles/s41467-025-67693-6