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陈焕阳课题组在变换光学及其交叉学科取得一系列成果

最近,厦门大学物理科学与技术学院陈焕阳教授团队,在变换光学及其交叉学科取得一系列的进展,成果发表在Physical Review Letters (2篇)、Nano letters (封面)、Advanced Materials、Science Bulletin以及Photonics Research等顶级期刊上面。

变换光学领域的进展

变换光学理论方面,他们提出了一种通过静电学中电荷分布场来求解电动力学中含源介质传播场的新方法(光学“高斯定理”),定义了变换光学中的一种拓扑不变量——环绕数,并且发现一种新的幻象效应—在天线设计、大功率照明系统等方面具有重要的应用价值。相关成果发表在国内顶级综合期刊Science Bulletin上。

另外,他们和南京大学伍瑞新教授合作,在微波频率首次验证了超散射现象并设计实现了电磁隐形门等幻象器件。相关成果发表在物理学顶级期刊Physical Review Letters上,入选编辑推荐并被Nature专题评述。

超构材料与二维材料的交叉

他们和Qiaoliang Bao等合作,利用天然双轴晶体α-MoO3和各向同性材料石墨烯,在石墨烯和α-MoO3异质结构界面上实现了可调谐的杂化极化激元及其光学拓扑转变,并且在实验上验证了拥有不同厚度α-MoO3的石墨烯/α-MoO3异质结构中存在杂化极化激元。相关成果登上纳米科学顶级期刊Nano Letters封面。

另外,他们还发现,利用这种天然双轴晶体α-MoO3可取代昂贵且难以生产的超材料制造隐身器件。相关成果发表在国际期刊Nanophotonics杂志上。

极化激元与水波的交叉

最近,他们还发现一般的浅水波方程,它不仅适用各向异性且非均匀的水深,也适用非均匀重力系统。他们提出各向异性水深和负水深,并且首次实现水波局域和单向拓扑传播,凝练出水波极化激元的概念。这些工作表明,水波可被信息化,可实现水波拓扑传输和水体净化等重要应用。相关成果发表在物理学顶级期刊Physical Review Letters上,并入选编辑推荐等。值得一提的是,近年来他们在水波超材料方向已经发表了3篇PRL。

天文方面的探索

受欧洲南方天文台首测观测到恒星S2在银河系中心绕超大质量黑洞进动【Astron. Astrophys. 636, L5 (2020)】的启发,他们通过力学量和光学量的经典类比,利用几何光线模拟了恒星S2的施瓦西进动,并以此为线索,提出了两类新的光学透镜,相关成果发表在光学顶级期刊Photonics Research上。

长篇邀稿综述

变换的思路最早在电磁场调控中提出,被称为变换光学,现已成为电磁场调控的重要分支,它深刻影响了其它物理场的调控和器件设计。变换理论研究与超构材料实验相结合,为当前场调控做了深刻的物理描绘,也为进一步实现更自由的场控制指明了方向。

近期,他们在材料学顶级期刊Advanced Materials上受邀发表长篇综述文章。介绍了波动学在微分几何视角下的数理背景,以变换光学作为引子,介绍了变换方法的具体实施以及超构材料特性参数的计算,重点以光学、等离激元、弹性波、声波场、水波场和稳态场六个方面的实验展开说明,为进一步研究变换方法与超构材料发展指明了方向。

论文

以下为陈教授回归厦大物理以来发表的10篇代表论文:

1、Linkang Han, Shiming Chen, and Huanyang Chen*, Water wave polaritons, Phys. Rev. Lett, in press (2022). (Editors' Suggestion and Featured in Physics)

2、Yali Zeng, Qingdong Ou, Lu Liu, Chunqi Zheng, Ziyu Wang, Youning Gong, Xiang Liang, Yupeng Zhang, Guangwei Hu, Zhilin Yang, Cheng-Wei Qiu, Qiaoliang Bao,* Huanyang Chen,* and Zhigao Dai* . Tailoring Topological Transitions of Anisotropic Polaritons by Interface Engineering in Biaxial Crystals. Nano Lett. (2022) https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00399 (Cover story)

3、Kang-Ping Ye, Wen-Jin Pei, Zhong-Hao Sa, Huanyang Chen*, and Rui-Xin Wu*, Invisible Gateway by Superscattering Effect of Metamaterials, Phys. Rev. Lett. 126, 227403 (2021). (Editors' Suggestion and Highlighted by Nature)

4、Lin Xu and Huanyang Chen*, Transformation metamaterials, Adv. Mater. 33,2005489 (2021).

5、Jin Chen, Yang Yang Zhou, Hong Chen Chu, Yun Lai, Huan Yang Chen*, Mingji Chen*, and Daining Fang*,Highly Efficient Gradient Solid Immersion Lens with Large Numerical Aperture for Broadband Achromatic Deep Subwavelength Focusing and Magnified Far Field, Adv. Optical Mater., 2100509 (2021).

6、PengFei Zhao, GuoXiong Cai, and Huanyang Chen*, Exact transformation optics by using electrostatics,Sci. Bull. 67,246-255 (2022).

7、Tao Hou, Sicen Tao, Haoran Mu, Qiaoliang Bao, and Huanyang Chen*, Invisibility concentrator based on van der Waals semiconductor α-MoO3, Nanophotonics 11(2),269-376 (2022).

8、Wen Xiao, Sicen Tao, and Huanyang Chen, Mimicking the gravitational effect with gradient index lenses in geometrical optics, Photon. Res. 9, 1197-1203 (2021).

9、Yangyang Zhou, Zhanlei Hao, Pengfei Zhao, and Huanyang Chen*,Solid Immersion Maxwell's Fish-Eye Lens Without Drain,Phys. Rev. Appl. 17(3), 034039(2022).

10、Chuanjie Hu, Yadong Xu, Shan Zhu, and Huanyang Chen*,Phase-gradient metagratings via mode conversion, Phys. Rev. Appl. 17(2), 024023(2022).