由芘衍生物组装的狄拉克超材料及其拓扑光子学

在过去的十年中，拓扑学在广泛的物理领域引起了极大的关注。特别是，它对光子学产生了影响，因为精心设计的光子晶体和超材料有助于探索材料的非平庸态。在这方面，具有大各向异性以及偶极和多极米氏谐振器的全介电超材料在拓扑光子学中发挥着越来越重要的作用。米氏谐振器的优势使得在三维中寻找非平庸态成为可能，且理论计算支持其潜力。然而，尽管付出了诸多努力，由于难以用各向异性元原子制备元晶体，实验上很难证明这一点。在此，我们报道了一种用于三维拓扑光子学的狄拉克超材料。它由分子HYLION-12自组装成的元晶体实现，该分子同时具有各向异性极化率和环电流。由于其特殊性质，它具有一种奇异的光学常数，可用于电和磁双曲超材料，以及紫外波段的双曲超材料。作为放大反射器，它在242nm处显示出142%的反射率；作为300nm以下的惠更斯源，它通过不透明衬底表现出高达30%的非对称透射。此外，作为三维拓扑光子材料，它展示了拓扑光子学的各种现象，如Pancharatnam-Berry和波导相位合并、波前整形以及边缘上的波导。这种使用多环芳烃(PAHs)的新策略有望成为实现三维拓扑光子学的有效途径。