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博士生李哲关于能谷光子分子晶体的论文在期刊PhotoniX Synergy发表

近年来,基于金属有机物框架(MoFs)的拓扑绝缘体凭借结构可调性及其在自旋电子学、谷电子学和柔性电子学中的应用潜力,受到了广泛关注。这类材料由金属原子作为骨架形成周期性结构,有机分子通过配位键与金属原子连接。与无机晶体不同,MoFs中的有机分子具有旋转自由度,可以显著影响材料的光学和力学性质。然而,有机分子旋转对MoFs基拓扑绝缘体拓扑性质的影响仍缺乏系统研究。这主要是由于随机旋转会破坏系统的周期性,使传统的基于能带论和动量空间的拓扑表征方法难以直接适用。

光子晶体具有与晶体相似的能带和拓扑性质,且能带与波函数易于调控,是模拟凝聚态拓扑物态的理想平台。受分子拓扑绝缘体启发,本研究将旋转自由度引入能谷光子晶体,构建了能谷光子分子晶体(Valley Photonic Molecular Crystals, VPMCs):各“分子”的位置保持周期性排列,取向则呈随机分布。针对这一旋转无序体系,本研究建立了有效哈密顿量模型,提出有效拓扑指标,并结合实空间Spectral Localizer算符,系统分析了该能谷光子分子晶体的拓扑性质随分子旋转无序程度的演化。

本论文具有如下创新点:

1. 建立了能谷光子分子晶体系统中旋转自由度影响谷拓扑性质的理论模型。论文利用有效哈密顿量方法,推导得到了能谷光子分子晶体(VPMCs)的谷拓扑不变量。该不变量能够简便、高效地评估谷光子分子晶体的有效谷陈数,从而解决了谷光子分子晶体中拓扑不变量的计算难题。

2. 验证了能谷光子分子晶体系统抵抗旋转无序的鲁棒性与调控特性。论文系统追踪了谷拓扑性质随分子旋转无序增强而发生的演化,揭示了其抵抗强旋转无序的鲁棒性。此外,论文还讨论了强旋转无序下谷拓扑边缘态与安德森局域态之间的竞争。该工作有望将分子旋转确立为拓扑调控的一个新自由度。

这项工作于2026年10月1日以标题Valley Photonic Molecular Crystals发表在期刊PhotoniX Synergy上,博士生李哲为论文第一作者,冯雪老师为论文通讯作者。(论文链接:https://doi.org/10.1007/s44519-026-00017-3)

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2026年10月14日

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