创新成果！首次，南开大学探出“新材料之王”的新边界！

最近，由南开大学陈志刚教授和许京军教授领导的研究团队在光子石墨烯方面取得了重要的研究进展。他们发现了一种前所未见的石墨烯新型边界，被称为"枝桠型"（twig）边界。更为引人注目的是，团队首次成功在光子晶格平台上观测到了这种全新边界状态，以及由拓扑平带引发的致密边界态。这项研究揭示了这一边界状态的拓扑保护特性，并且还强调了它与已知的石墨烯边界的三种类型之间的相互补充关系。
这项研究深化了我们对石墨烯边界态和拓扑物理学的理解，为拓扑结构在纳米电子器件和光信息传输等领域的应用奠定了坚实的理论基础。相关成果的论文题为《Photonic realization of a generic type of graphene edge states exhibiting topological flat band》，已在线发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，详细介绍了这一研究成果。
图文概述
作为一种由单层碳原子构成的二维材料，石墨烯因其杰出的电子特性而受到广泛瞩目。科研界一直在积极研究石墨烯的边界态，这些态呈现出独特的能带结构、拓扑性质和导电性能，为开发新型电子学器件和应用提供了潜在的机遇。此外，石墨烯边界态的研究还有望推动纳米电子学、能源和量子信息等领域的深入发展。在过去的探索中，研究者们已经对石墨烯的三种常见边界类型进行了深入研究，这包括锯齿（zigzag）型、胡须（bearded）型和扶手椅（armchair）型边界。
具有四种不同边界类型的三维波导阵列和二维光子石墨烯晶格示意图
在这项研究中，科研团队提出了一种创新的边界类型，命名为“枝桠”型边界，与其他三种边界类型共同构成了石墨烯结构的四种基本边界。这一边界类型独特的拓扑平带结构支撑了一种紧凑的拓扑边界态。这种边界态类似于孤子，既拥有平带的特性，又具备拓扑特征，使得光束能够在没有缺陷或非线性情况下实现局域稳定传输。
为了克服真实材料的限制，研究团队使用激光直写技术制备了光子石墨烯晶格作为平台，在实验中成功观测到了这种边界模式以及紧凑拓扑边界态。这一成果不仅加深了我们对石墨烯边界态的认识，还为谷霍尔效应、能量局域、拓扑半金属、高阶拓扑绝缘体等领域的相关研究提供了新的思路和可能性。
南开大学在这项研究中担任了第一完成单位，南开大学的博士后夏士齐和博士生梁永胜共同作为第一作者，而陈志刚教授和宋道红教授则为共同通讯作者。此外，唐莉勤副教授也参与了合作。该项目得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、中国博士后科学基金会等多个项目的资助支持。
文献链接
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.013804
来源：南开大学