深圳特区报讯（记者 李丽 通讯员 叶思佳）奇点光学研究的是光学领域的“龙卷风”，如何在不被干扰、不破坏“风眼”这一根本结构的前提下，有效操纵并利用“龙卷风”，是光学领域科学家面对的一大难题。近日，清华大学深圳国际研究生院（简称：清华SIGS）团队有了新突破，不用开启“抗干扰”模式也能做到，相关研究成果以“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”为题在线发表于《自然》期刊。
该突破性成果，首次提出了一种实动量拓扑光子晶体概念，揭示了无序中稳定拓扑的形成机制，并实现了光子晶体的有效信息编码。团队主要负责人，清华SIGS宋清华副教授介绍，团队要利用超构表面设计光学奇点，“奇点”就像龙卷风的风眼，风眼没了“风”也就没了——团队致力于研究如何在控制光场的同时保持奇点的稳定性，使其不受微扰的影响，并使其能够传输更多的信息；而问题在于，超构表面研究需设计微纳结构去控制这个奇点，针对每个结构的周期性严格排列并进行编码，然而，编码过程会破坏并导致奇点消失。
团队设计出一种特殊结构，其产生的特殊奇点对结构的微扰具有免疫作用，且不会破坏光学奇点。团队主要成员、清华SIGS科研助理（现为洛桑联邦理工大学博士生）秦昊烨介绍，以往的研究往往致力于避免让“龙卷风”卷入杂质，这项创新性研究相当于实现了一种“神奇的涡旋”，就好比龙卷风的涡旋卷入了许多树叶，而这些树叶并不会对其涡旋结构造成破坏，反而涡旋和树叶相互作用，进而增加了所传输的信息量——作为一个全新概念，该研究既能利用干扰去做光场调控，又能保持其拓扑性质，打破了传统研究中仅靠减少无序而保护奇点稳定性的做法，意味着光学领域研究又迈出重要一步。
据了解，材料科学领域为清华SIGS学科建设“6+1”主题领域之一。该团队的最新研究成果有望推动光子芯片等微纳光学器件的发展，并可应用于高稳定性高容量的光通信技术、复杂结构光的生成、高维量子纠缠技术、生物粒子的精细光学操控、AR/VR显示器件等领域。作为团队主要成员，清华SIGS李勃研究员也提出，超构材料是一个非常“年轻”的新型研究领域，当前正同时处在基础研究的爆发期、产业技术发展的萌发期和国家战略介入的机遇期，具有广阔发展和应用前景，例如，可为人工智能提供新的算力解决方案，且在众多领域都可能推动颠覆性技术的产生。