三维光子狄拉克点及自旋极化表面弧的观测

拓扑相源于对称性与拓扑性相互作用所施加的优雅数学结构。从有隙拓扑绝缘体到无隙半金属，过去十年中量子与经典系统中的拓扑材料都快速增长。其中，三维狄拉克半金属位于各种拓扑相之间的拓扑相变点。它与其它拓扑材料共享多种奇异拓扑特征，例如与外尔半金属共享费米弧与手性反常，与拓扑绝缘体共享自旋依赖的表面态。尽管其在拓扑物理中扮演重要角色，迄今为止在经典系统中尚无三维狄拉克点实验观测的报道。在此，我们在精心设计的光子超材料中实验演示了三维光子狄拉克点，其中两个对称放置的狄拉克点由电磁对偶对称性稳定。我们展示了自旋极化表面弧（电子系统中费米弧的对应物），这为自旋复用拓扑表面波传播铺平了道路。我们的系统通过拓扑相变与其他奇异态紧密相连，为拓扑光子学提供了一个有效介质平台。