论文基本信息
标题：
Supersymmetric Landau Levels in Subwavelength Type-I Dirac Metasurfaces
作者：
Yi Yuan（复旦大学未来信息技术学院光学科学与工程系）；
Yikai Xu（复旦大学物理学系）；
Liang Zhao（复旦大学物理学系）；
Qiong He（复旦大学物理学系）；
通讯作者： 孙树林（复旦大学未来信息技术学院光学科学与工程系）；详细介绍可见：[超表面领域大牛-37]复旦大学-孙树林-光科系副系主任|NM折射率超表面一作；
通讯作者： Shaojie Ma（复旦大学未来信息技术学院光学科学与工程系）；
通讯作者： 周磊（复旦大学物理学系）；详细介绍可见：[超表面领域大牛-8] 复旦大学-周磊-复旦大学副校长
发表时间：
2026年01月15日（其中2025年05月08日投稿，2025年09月13日返修，2025年12月22日接收）
发表期刊：
Physical Review Letters（JCR-Q1，IF=9.0）
论文重要图文
摘要：
狄拉克点及其相关拓扑物理为波的鲁棒传输与操控提供了重要抓手，但在传统体系中往往受限于特征尺度：电子体系是原子尺度，光子晶体又多在波长尺度并依赖长程周期耦合，使得在深亚波长精度下自由设计与直接表征狄拉克相关态（尤其是需要人工磁场/规范场来产生朗道能级与手性零模的情形）面临系统性困难，同时六角光子晶体中本征模的空间重叠也让实验上难以清晰分辨不同基矢分量；针对这一研究空缺，复旦大学团队提出了在电磁超表面的表面模中构造I型光子狄拉克点的方案，其狄拉克简并由单元“构成元”的本征特性（纵向电共振与面外磁共振的耦合）主导而非依赖全局晶格对称性，从而把狄拉克物理推进到深亚波长尺度，并进一步通过在超表面上引入沿空间线性变化的局域对称性破缺参数来等效实现人工规范场/人工磁场，在微波频段实验观测到超对称朗道能级与具有确定手性的零能模（CZM），同时利用可编程的规范场分布实现表面波的弯折、聚焦与展宽等操控；理解上，这相当于先在一块平面器件里“造出”密度态在简并点处消失的I型狄拉克锥，再把位置相关的带隙变化当作可写入的规范势，让表面波像在有效磁场中那样出现离散能级与受控的单向/局域化传播；论文给出了可直接引用的定量信息，包括单元尺寸约为中心工作波长的1/9，以及在5.8 GHz附近实现弯折、聚焦、展宽三种操控时测得的效率分别约为54%、81%与59%。该成果以 Supersymmetric Landau Levels in Subwavelength Type-I Dirac Metasurfaces 为题，于2026年01月15日发表于《Physical Review Letters》。
重要图片：
图1. 在二维狄拉克超表面上由表面等离激元极化激元形成超对称朗道能级的示意图
图2.通过有效介质理论说明超对称朗道能级
(a) 超表面上表面态形成I型狄拉克点的色散示意图，灰色能带表示ky≠0时的态。插图显示奇异点附近在kx–ky平面内的局域色散谱。
(b) 非均匀超表面中线性变化的γzx的空间分布，上方插图给出局域色散与本征态演化。态定义为|1,2⟩=(|TE⟩± i·|TM⟩)/√2。此外，插图展示在相反γzx参数下狄拉克简并附近的贝里曲率分布。
(c) 非均匀超表面的能带结构，中央红色虚线突出显示手性零模（CZM）。(d) 五个代表性模的组合场分布：|TE⟩（左，用Ey场表示）与|TM⟩（右，用Ez场表示）。
图3.狄拉克超表面示意
(a) 所设计非均匀超表面的结构，以及单个金属单元的示意图并标注参数：a=6.0 mm，lx=5.0 mm，ly=5.7 mm，d=4.0 mm。wy表示金属过孔相对于单元中心的偏移。
(b)、(c) 超表面上表面态色散示意：(b) wy=0；(c) wy=0.2 mm，并用颜色突出显示沿色散曲线的本征态演化。
(d)、(e) y–z截面上的Hz场与电流分布示意：(d) wy=0；(e) wy=0.2 mm。
图4. 离散朗道能级的实验演示
(a) 非均匀超表面样品与近场扫描实验装置照片。
(b)、(c) 两个具有相反人工磁场的样品的测得色散谱。
(d)–(f) 两个样品在代表性频率处的Ey或Ez场的实空间分布，以及沿x方向进行部分傅里叶变换后的场分布。
图5. 超对称朗道能级的实验演示
(a)、(c) 在固定kx=0.47π/a时，样品I与样品II沿y方向测得的Ey与Ez极化场分布。
(b)、(d) 两个样品在不同朗道能级上、不同极化对应的场强分布。不同符号表示不同的朗道能级。
图6. 波操控的实验演示
(a) 在5.80 GHz时，梯度超表面上的Ey场分布，展示束流弯折效应。灰色框表示具有线性梯度γzx分布的区域。
(b)、(c) 在(a)中红色与蓝色虚线所标示位置处的y–z平面场分布行为。
(d)–(i) 与(a)–(c)类似，但分别展示(d)–(f)束流聚焦效应与(g)–(i)束流展宽效应。
参考文献
Yuan Y, Xu Y, Zhao L, et al. Supersymmetric Landau Levels in Subwavelength Type-I Dirac Metasurfaces[J]. Physical Review Letters, 2026, 136(2): 023802.
DOI:https://doi.org/10.1103/k8br-gsfg
