中国矿业大学杨玉婷团队首次探究了真实磁场与赝磁场之间的相互作用，并且成功的观察到了赝磁场导致的手性、反手性边界态的非对称分布。本项工作发现真实磁场与赝磁场之间的这一特殊相互作用会导致边界态色散发生形变，基于该性质实现了对多通道波导中能量传输比的精确控制。该研究突破了传统多通道波导在实际应用中电磁波信号容易受外界干扰从而产生误差的问题，为多功能光子器件的发展提供了助力。相关研究成果以“Chiral and antichiral edge states in gyromagnetic photonic crystals under magnetic and pseudomagnetic fields”为题，发表于《Photonics Research》（Photon. Res. 13(9), 2688-2696 (2025)）。中国矿业大学杨玉婷副教授为通讯作者，中国矿业大学研究生刘施语为第一作者。该工作的合作者还有中国矿业大学石礼伟教授、中国矿业大学王恩元教授以及苏州大学杭志宏教授。
通过非均匀单轴应变可以使得狄拉克点偏移，进而产生均匀的赝磁场。同时，在最近的研究当中，一种修正的Haldane模型被提出，反手性边界态可以在该模型中相对的边界上可以同向传输，体态中将反向传输。在石墨烯系统中，已经研究了赝磁场与真实磁场的竞争关系，但在经典波体系中，拓扑边界态在赝磁场与真实磁场共存下的竞争关系尚未得到研究。
该研究创新性的研究了在旋磁光子晶体中真实磁场与赝磁场共存时的边界态传输性质。通过对旋磁光子晶体施加单轴应变，构建了均匀的垂直赝磁场，在同向（反向）真实磁场环境中，子晶格产生了手性（反手性）边界态，系统的时间反转对称性破缺。通过赝磁场与真实磁场的协同作用，会导致光子能带发生形变，即使得边界态的偏移以及简并反手性边界态的打开带隙，从而使得边界态的非对称传输现象。实验上，我们观测出了在模型相对两侧出现了非均衡的传输。针对以上发现，提出了一种多通道的波导，实现了在不同的外加磁场下，可以控制不同通道电磁波的分配比。
图1.（a）真实磁场（B₀）与赝磁场（Bₛ）共存时，手性边界态能量非均衡传输的示意图。（b）Haldane模型与旋磁光子晶体结构示意图：钇铁石榴石（Yttrium Iron Garnet）柱体置于平行金属板波导中，通过在柱体上下方放置永磁体实现局域磁化调制。（c）单轴应变旋磁光子晶体结构：沿 y 轴方向的线性晶格形变会产生沿 z 方向的赝磁场。背景颜色代表用于量化晶格形变的形变量 β。右侧子图：拉伸（红色）与压缩（蓝色）状态下蜂窝状单胞的形变情况。（d）拉伸与压缩状态下的旋磁光子晶体中，已打开能隙的狄拉克锥沿 K-K' 方向的偏移示意图。（e）晶格偏差量 mβ 与狄拉克点偏移量 Δkₓ之间的函数关系图。
图2.（a）赝磁场下观察手性边界态的实验装置示意图：半径 1.5 mm、高度 5 mm 的旋磁柱体置于由平行铝板构成的波导内；在旋磁柱体正上方与正下方放置半径 1.5 mm、高度 0.5 mm 的永磁体，以提供均匀的外部真实磁场。（b）实验装置俯视图：晶格发生形变，共 7 层，对应形变量 β 为 0.4 mm。（c）手性边界态的形变能带色散关系：图中数据分别来自数值模拟与实验测量，其中上边界态用红色线表示，下边界态用蓝色线表示。（d）不同赝磁场强度下的边界态色散关系（数值模拟结果）。（e）左图：K' 能谷处 n=0、-1、-2 朗道能级的
本征场分布；右图：K 能谷处上述朗道能级的本征场分布；中图：n=0、-1、-2 朗道能级下，朗道能级随归一化 
随着y 坐标的变化关系图。
图3.（a）与（b）：边界态非均衡传输的电场分布（分别为数值模拟结果与实验测量结果）。在 9.25 GHz 频率下，上边界的电场强度高于下边界。（c）与（d）：传输光谱（分别为数值模拟结果与实验测量结果）。
图4.（a）真实磁场（B₀）与赝磁场（Bₛ）共存时，反手性边界态的空间非对称分布图。（b）修正Haldane模型与旋磁光子晶体结构示意图。（c）反手性边界态的形变能带结构：图中数据分别来自数值模拟与实验测量。（d）不同赝磁场（Bₛ）强度下的能带色散曲线。（e）左图：K' 能谷处 n=0、-1、-2 朗道能级的
本征场分布；右图：K能谷处上述朗道能级的分布；中图：n=0、-1、-2 朗道能级随归一化
随着y 坐标的变化关系图。
图5.（a）与（b）：分别为 9.18 GHz 和 9.2 GHz 频率下，反手性边界态的电场分布（左图为数值模拟结果，右图为实验测量结果）。（c）与（d）：P1、P2、P3 三个探测点处的传输光谱。（e）：由黑色箭头标记的激励源激发的体态电场分布图。（f）：体态的 S21 与 S12 传输系数图。
图6.（a）由四种旋磁光子晶体（GPC）结构组成的五通道单向波导示意图：该波导工作于真实磁场（B₀）与赝磁场（Bₛ）的相互作用下。图中红色星号标记激励源位置，红色箭头标记电磁波的传输通道。（b）9.34 GHz 频率下，手性边界态与反手性边界态的电场分布。（c）当晶格层数为 7、 β=0.4 mm 时，两种具有相反赝磁场（Bₛ）方向的旋磁光子晶体的手性边界态色散关系图。上边界态与下边界态用红色线表示，中间通道用蓝色线表示。（d）两种具有相反赝磁场（Bₛ）方向的旋磁光子晶体的反手性边界态色散关系图。
本研究首次在经典波体系中，研究了真实磁场与赝磁场的竞争关系，研究表明诱导产生的赝磁场不会改变手性边界态与反手性边界态的传输方向，但会导致边界能量分布出现非均衡性。两者的共存使得上下边界能量分布不均匀，并基于以上的研究，提出了一种多通道波导，通过调控赝磁场的强度与方向，实现对于各通道传输能量比的控制，从而能够灵活的传输电磁波信号。
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