今天我们继续为大家带来本周的超材料前沿研究精选，内容涉及用于独立控制任意谐波阶次的合成移动包络超表面天线,用于产生光学涡环的紧凑装置,声子晶格中声波的时间折射等,敬请期待！
索引：
1用于独立控制任意谐波阶次的合成移动包络超表面天线
2合成离散时间异质晶格中的时间古斯-汉欣位移
3硅光子学中 Floquet 非厄米趋肤效应中的拓扑转变
4用于产生光学涡环的紧凑装置
5声子晶格中声波的时间折射
灵活的频率控制在许多光子和电子应用中都至关重要，例如从通信系统、光谱学和计量学到量子信息处理。然而，基于非线性块体介质、电光效应和非线性超表面的最先进的解决方案的光谱可控性非常有限，并且只有几个谐波阶次可以独立操纵。
近日，香港城市大学的Chi Hou Chan教授团队和东南大学的戴俊彦副研究员、程强教授、崔铁军院士团队合作，从理论上提出并通过实验证明了合成移动包络超表面天线能够同时生成任意谐波阶次并以软件定义的方式独立操纵它们的波特性。作为原理验证示例，作者展示了单向频率转换、频率梳生成、任意谐波阶次独立控制及其在频分复用通信中的应用。所有这些复杂的功能都是通过波导集成超表面天线的超原子的 1 位时空开关切换实现的。该工作提出的合成超表面天线解决方案极大地扩展了波工程和信息处理的前沿，在无线通信、光谱学、计量学和量子科学中显示出巨大的潜力。相关工作发表在《Nature Communications》上。（刘帅）
文章链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-51587-0
2 合成离散时间异质晶格中的时间古斯-汉欣位移
古斯-汉欣位移(GHS)是指在两种介质界面发生全内反射时，光束相对于其几何中心的空间位移。古斯-汉欣位移的存在表明，波动光学在描述光在介电介质中的传播时比射线光学更精确，在光学传感和干涉测量中有一些关键应用。受最近对时间边界效应研究兴趣的启发，包括时间反射和折射、时间光导和时间晶体，出现了通过突然改变介质折射率创建连续时间边界的时间古斯-汉欣位移的理论提案。然而，连续时间边界通常需要非常快速和大的折射率调制，这在实验中很难实现。或者，也可以使用光纤环路在合成时间晶格中创建离散时间边界。不依赖于真实材料的折射率变化，通过引入标量或矢量势步骤来创建离散时间边界，这些边界可以通过外部调制轻松合成和重新配置。由于合成晶格的实际时间尺度由光纤环长度定义，因此它们也可以灵活地扩大或缩小以适应高速调制需求。
近日，华中科技大学的王兵教授、陆培祥教授团队和米兰理工大学Stefano Longhi教授团队合作，报告了在规范势界面上可调时间 GHS 的首次实验演示，它表现为时间光束延迟而不是空间偏移。与普通的空间 GHS 不同，时间GHS通过衰减和倏逝波的振荡尾同时受到标量和矢量势的影响。通过用有限宽度的规范势垒测量受抑全内反射的 GHS，发现更宽的势垒可以增强 GHS，它在单界面情况下的无限宽度极限下饱和。最后，研究人员开发了一种累积测量技术来精确探测非常微小的 GHS。该实验工作利用可调标量和矢量规范场将 GHS 概念推向时间域，这可能应用于光通信、信号处理和光学传感的精确时间控制和测量。相关工作发表在《Physical Review Letters》上。（刘帅）
文章链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.083802
3 硅光子学中 Floquet 非厄米趋肤效应中的拓扑转变
非厄米物理学极大地丰富了我们对非平衡现象的理解，并发现了非厄米趋肤效应 (NHSE) 等新效应，这些效应彻底改变了该领域。NHSE 已被预测会出现在具有非互易耦合的系统中，但在实验中很难实现。如果没有非互易耦合，NHSE 也可能出现在共存规范场和损耗或增益的系统中（例如，在 Floquet 非厄米系统中）。然而，这种 Floquet NHSE 在实验中仍未得到充分探索。
近日，南京大学的李涛教授团队和中国科学技术大学的蒋建华教授团队合作，在集成在硅光子平台上的周期性调制光波导中实现了 Floquet NHSE。通过设计由周期性调制引起的人工规范场，研究人员观察到了各种 Floquet NHSE 相并揭示了它们丰富的拓扑转变。值得注意的是，研究人员发现了单极 NHSE 相和非传统双极 NHSE 相之间的转变，并伴随着 NHSE 的方向反转。复准能量空间中的能带缠绕揭示了底层物理原理，它经历了从具有相同缠绕的孤立环路到具有相反缠绕的链接环路的拓扑变化。该工作开辟了一条通往 Floquet NHSE 的新途径，该途径源于规范场和耗散效应之间的相互作用，从而为控制光和其他波提供了全新的方法。关工作发表在《Physical Review Letters》上。（刘帅）
文章链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.073803
4 用于产生光学涡环的紧凑装置
Allen及其同事的开创性工作发现，具有螺旋相位结构的光对每个光子具有
是拓扑电荷，
是狄拉克常数，
是方位角。由于这种独特的方位相位结构，具有不同拓扑电荷的涡旋光束相互正交，从而引入了一个新的维度，理论上该维度是无界的。因此，涡旋光束在高容量光通信系统、光镊、光学全息加密和高维量子系统中得到了广泛的应用。与横截面具有螺旋相位的涡旋光束相反，时空光学涡旋 (STOV)具有位于时空平面的螺旋相位结构，从而具有垂直于传播方向的横向轨道角动量。涡环可以被视为高维 STOV。沿任何径向方向切片总会获得表示 STOV 的横截面
。可以通过使用光学保角映射将细长的 STOV 包裹成环形来生成涡环。
近日，华中科技大学的万辰皓副教授团队，提出了一种圆形非对称光栅来产生涡环。作者计算了透射光谱函数，得到了透射脉冲的强度和相位分布。对于垂直入射的圆柱矢量高斯波包，该装置能够产生相位奇点位于
文章链接：
https://doi.org/10.1364/OL.534211
5 声子晶格中声波的时间折射
波在时变介质中的传播受到了各个领域的广泛关注。先前在电磁和机械系统方面的工作都集中在介质属性的周期性变化上，从而产生包括参量放大、非互易传播或拓扑效应等现象。最近的焦点已转移到传播波与非周期性时间变化的相互作用，特别是介质属性（例如:折射率）在时间上的边界/不连续性。自从时间边界被引入以来，它们被作为空间边界的时间模拟来研究，并扩展到一般的时空变化。人们已经为电磁波提出了由快速时变实现的各种功能，例如抗反射时间涂层、薄吸收器和时间镜等。实验上，快速时变光学超表面、金属半导体波导的超快泵浦和电致伸缩控制的水波已被证明可以使用时间边界实现频率转换。然而，由于需要波传播介质的材料特性发生近乎瞬时的变化，所以要为声波创造快速、均匀的时间变化非常困难。
近日，加州理工学院Chiara Daraio教授团队基于具有可调刚度的质量和弹簧系统首次展示了声子晶格中声波的时间折射。实验上采用由电磁线圈控制的排斥磁体组成的一维声子晶格，并通过接地刚度的快速、阶梯式变化来实现时间边界。实验测量得到的频率转换、波长守恒以及信号的传输和反射提供了声学和弹性系统中时间折射的证据，并可以实现所提出的可调谐慢声。这种新颖的声子演示增强了在类似的声学和弹性设备中实现时间折射的潜力，此外，还强调了离散系统在任何域中实现时间边界所需的动态调制方面的多功能性。相关内容发表于《PHYSICAL REVIEW LETTERS》上，并被选为Editors' Suggestion。（金梦成）
文章链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.077201
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