传统远场光学操控容易受限于衍射极限和工作距离，而近场光学操控则可以在纳米级范围内提供较强的操控力，但仍面临操作效率低等诸多严峻问题。基于片上波导的光操控技术主要是利用倏逝波的强梯度场来捕获波导顶部的物体并沿光传播方向定向移动物体，倏逝波虽然可以提供强大的梯度力，但提供的推力却十分微弱，这使得片上波导光操控效率十分低下。通过共振增强光力的方法仅对特定形状和尺寸的物体有效，这使得片上波导光操控推广到实际应用十分受限，所以人们逐渐将光操控的研究重点转移到光模式中，通过改变光模式增强光力。
慢光波导已经被证明可以极大增强光力，但高群速度使得慢光对缺陷、外部干扰等十分敏感，非常容易受到内部和外部缺陷影响，同时慢光的引入还会引起显著的后向散射，使物体陷入局部平衡，上述缺点使得慢光始终无法被广泛的应用在片上光操控中，而将拓扑与慢光结合可以有效突破慢光在近场操控的瓶颈。
研究团队通过在硅板上构建谷具有霍尔效应的光子晶体结构，将具有反对称的VPC1和VPC2拼接构造成拓扑光子晶体波导，分析了光子波导的慢光特性和物理起源，ng最高可达3146，证明了该拓扑光子晶体波导的慢光效应，其中拓扑慢光的中心频率可以通过调整晶格参数来灵活调节，可以适应未来不同场景的实验需求。
研究团队将物体放置在波导表面上方60nm处，研究了其光力特性。拓扑慢光光波导在光子晶体表面产生的倏逝波提供了z方向上的梯度力，使物体捕获在波导表面，可在该表面进行光操控，团队通过改变球形物体的半径，计算拓扑慢光波导表面x方向光力，发现半径为200nm物体光力增强可达13010倍，拓扑保护边缘模式可使光力曲线平滑，而平凡模式则因物体干扰会产生强烈波动，当改变物体的形状时，光力依旧可以保持103数量级的增强，该研究突破了共振光力增强只能针对特定形状的瓶颈。
研究团队提出的拓扑慢光光波导增强光力方法，是一种普适、高效、应用广泛的光力增强方法，团队充分利用拓扑和慢光的优势，在增强光力的同时改善了物体的后向散射问题，实现了长距离的有效操控。论文工作展示了拓扑光子学与慢光效应结合在光操控领域的广阔应用前景，为片上光操控提供了新的可能。该研究成果以“Topological slow light enables huge optical force enhancement”为题在线发表在ACS Photonics。
论文作者分别为Bojian Shi,Shujing Xing, Yanxia Zhang, Yanyu Gao, Wenya Gao, Xiaoxin Li,Hang Li,QiJia,RuiFeng, Donghua Tang, Tongtong Zhu, Fangkui Sun,* Yongyin Cao,* andWeiqiang Ding，其中论文的第一作者为哈尔滨工业大学物理学院史博建博士，论文通讯作者为哈尔滨工业大学丁卫强教授。
--撰稿：邢淑静
