无序常被视为一种系统中的有害缺陷，在样品制备过程中难以避免，并导致实验中高质量光学态的消失。大量研究致力于改进制备方法，以最大限度地减少系统中无序带来的不利影响。针对该问题，东南大学董正高教授团队提出一种具备高品质态且能抵御系统无序的结构，即通过无序系统中的拓扑相变来诱导连续域中的准束缚态（q-BIC）。在该结构中，q-BIC的出现可由无序度进行调控，为控制q-BIC提供了新思路。该机制可同时实现于一维光栅系统与二维光子晶体板中。此外，通过模拟与理论研究，发现在无序系统中结合q-BIC还能产生轨道角动量（OAM）光。该团队研究表明：对BIC的探索可从周期性结构延伸至无序系统，为研究者探索BIC特性提供了更大自由度。
1、实现原理及机制
在无序系统中实现q-BIC 的关键在于找到近场能带拓扑（陈数）与远场偏振拓扑（缠绕数）的对应关系，在该团队之前的研究中，已经通过群论找到了该对应关系：
。其中，
为能带陈数，
为远场偏振态的缠绕数，
为相似变换矩阵【Topology of Far-Field Signals for Photonic Crystal Slabs. Appl. Phys. Lett. 2025, 126, 023103】。该对应关系为周期性系统中的对应关系，可以发现如果通过某个参数使系统发生拓扑相变，在陈数改变时，远场偏振态缠绕数也会改变，这往往会带来C point 以及BIC的移动。该团队基于此，将该关系引申到无序系统中，与陈数对应的是Bott指数，与BIC对应的是q-BIC，并最终通过安德森拓扑相变实现了无序系统中的q-BIC。
本研究提出了一种在无序系统中实现高质量状态的方法：即，通过安德森拓扑相变来创建和调制q-BIC。该方法适用于大多数光子晶体，即只要能带的交叉伴随着远场奇点的交换。由于无序系统中的q-BIC可以稳定存在，因此无需严格避免某些缺陷，为获得高质量光学态提供一个路径。并且该团队的方法表明，探索BIC性质的研究人员不应再局限于有序周期系统，无序系统中的BIC可能是一个新的研究课题。
文章链接：
https://doi.org/10.1021/acsphotonics.5c01573
撰稿|课题组
