近日，物理学系/国重光子晶体课题组研究发现了在磁光光子晶体中，由外加磁场带来的时间反演对称性破坏所产生的一类新型具有自旋-轨道锁定特性的手性连续谱中束缚态（BIC）。研究发现，对于具有六度旋转对称性的光子晶体平板，其中的简并BIC会在外加磁场时发生劈裂，形成一对具有相反手性（赝自旋）的BIC，且携带相反的轨道角动量。相关成果以“Spin-orbit-locking chiral bound states in the continuum”为题，发表在Physical Review Letters [Phys. Rev. Lett. 133, 036201]。

  在对BIC的研究中，调制BIC附近模式的偏振一直是一个受到广泛关注的问题，催生了一系列与此相关的发现。例如，可以通过破坏光子晶体平板的旋转对称性与结构的倾斜设计，实现具有手性的准BIC；通过设计二维/三维的手性结构来实现手性的准BIC；另外也可以利用叠层的光子晶体平板，通过改变两层平板的转角，使得BIC附近的偏振态接近于圆偏振。

  上述的研究都是利用对结构几何形状的设计，来调制BIC（或准BIC）的偏振态。除了这些方法之外，在拓扑光子学中，通过外加磁场来破坏体系的时间反演对称性能够带来许多拓扑效应，这也为探索新奇BIC的存在带来了启发。磁场的引入能够使得能带中的简并劈裂，另外还能产生如手性边界态等新的物理现象。研究磁场带来的时间反演对称性破坏对光子晶体模式辐射性质的  调控，以及对BIC特性的影响，是非常值得深入探讨的问题。

图1. 原理示意图。(a)具有对称性的磁光光子晶体平板示意图。 (b)施加外磁场后，二维的表示将分裂为和这两个一维表示。简并BIC分裂成一对单态BIC，具有相反的手性和轨道角动量。

  对此，研究团队提出了一种全新思路——通过在磁光光子晶体平板上施加磁场以打破时间反演对称性，来调控光子晶体中的BIC。对具有六度旋转对称性的光子晶体平板，外加磁场将使得原本二重简并的BIC分裂成一对手性BIC。这对BIC具有不同赝自旋与相反的轨道角动量，且每个BIC的自旋与轨道特性是锁定在一起的。与传统的BIC不同，这些磁场诱导的手性BIC具有新的物理起源和特性，这一发现不仅加深了我们对BIC的理解，还为实际应用开辟了新的可能性。

  文章的共同第一作者为赵星棋博士生、王佳俊博士和刘文哲青年研究员。通讯作者是复旦大学的王佳俊博士、石磊教授和资剑教授。对本工作作出重要贡献的还包括香港科技大学陈子亭教授、复旦大学车治辕博士和王昕豪博士生。

文章链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.036201