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旋磁双零折射率超材料实现稳定光涡旋，开启先进光学操控新纪元 由香港科技大学（HKUST）主导的研究团队采用新型光学极端参数材料——旋磁双零折射率超材料（GDZIM），开发出基于该材料的光操控新方法。这项突破有望彻底革新光通信、生物医学成像与纳米技术领域，推动集成光子芯片、高保真光通信及量子光源的发展。 该研究成果以《Bulk–spatiotemporal vortex correspondence in gyromagnetic zero-index media》为题发表于《自然》期刊上，本研究由香港科技大学物理学系教授陈子亭，与物理学系访问学者张若洋博士共同领导。  旋磁与常规双零折射率超材料的特性对比，(a-d) 常规双零折射率超材料与旋磁双零折射率超材料（GDZIMs）的性能比较；(e) GDZIMs生成时空光涡旋的示意图。 解锁GDZIM与光学涡旋的潜能 GDZIM作为特殊光学超材料，其特性精准处于两种不同光子拓扑相变的临界点，能实现传统材料无法完成的光操控。与传统材料不同，GDZIM同时具备零介电常数特性与独特磁光效应，可稳定产生时空光涡旋——即在空间和时间维度上同步旋转的光场模式。这种特性使其在光传播控制方面具有卓越效能，对众多前沿技术至关重要。 该材料不仅能制备小型集成光子芯片（通过最小化干扰提升通信质量），还可为尖端技术开发新型手性选择性光源。其独特的光涡旋生成机制更为长距离、大容量空间光学信息传输提供了创新方案，有望同时提升光网络通信的速度与安全性。  时空涡旋的产生与观测（a）时序切片光场分布展示时空光涡旋演化；（b）时空涡旋生成与探测实验装置示意图；（c）实验测量与数值模拟的时空光涡旋对比图。 研究团队通过构建磁性光子晶体并将参数调谐至临界相变点，首次实现该超材料。借助微波实时场扫描系统，他们进一步证实：当光脉冲撞击GDZIM平板时，反射波会形成时空涡旋——这种特殊光波包在时空维度同步旋转，且携带横向轨道角动量。 研究表明，光涡旋的产生源于GDZIM的本征拓扑特性，因此无论材料尺寸或环境如何变化均能保持超常稳定性。此项突破将显著推进光学技术发展，例如构建更快速、更安全的通信系统。 陈子亭教授阐释："本研究架起了超材料、拓扑物理与结构光场三大物理领域的桥梁，基于超材料的非平庸拓扑特性建立了时空光场操控的全新理论框架。这些发现为高精度光学器件开辟了广阔的应用前景。" 张若洋博士补充："光涡旋的卓越稳定性为开发变革性技术奠定了坚实基础，未来将深刻影响通信与高性能光路等产业领域。" 相关链接：https://dx.doi.org/10.1038/s41586-025-08948-6 分享到：
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