前沿进展 | 光流体中相对论性准粒子的二维克莱因遂穿
“前沿进展”栏目，旨在介绍科研人员在光学领域发表的具有重要学术、应用价值的论文，促进研究成果的传播。部分论文将推荐参与“中国光学十大进展”评选。
01 导读
西安交通大学电子科学与工程学院张彦鹏、张朝阳、李峰教授团队与法国克莱蒙大学帕斯卡研究所D. Solnyshkov, G. Malpuech教授团队合作，在热原子体系中构建二维光学蜂巢晶格结构，实现了二维体系中光流体的克莱因遂穿效应，实验验证了二维克莱因遂穿的角分辨透射理论。
相关研究成果以“Angular-Dependent Klein Tunneling in Photonic Graphene”为题发表在Physical Review Letters上。
2023 | 前沿进展02 研究背景
03 研究创新点
图1 克莱因遂穿原理示意图。（a）光晶格与势垒结构示意图，（b）原子能级结构，（c）狄拉克锥点的能带结构；(d) 完美克莱因遂穿示意图；（e）二维克莱因遂穿示意图；（f）克莱因遂穿动量空间关系；（g）遂穿透过率与势垒高度、入射角的关系
图2 克莱因遂穿现象。(a)-(c) 为激发Г点非相对论性粒子，随势垒升高时的现象；(d)-(f)为激发K点相对论性粒子，随势垒升高时的现象；(g)为透射率随势垒变化的理论与实验结果
图3 克莱因遂穿的角分辨特征。(a)-(e) 光流体方向与势垒的夹角从0变换到15°的情况。（f）不同势垒高度V情况下，透射率随角度变化的情况（其中V1<V2<V3）
04 总结与展望
二维体系克莱因遂穿的工作为相对论性准粒子在光子芯片上的应用提供了原理验证实验，为石墨烯结构中的重要电子物理效应在对应的光子学系统中的实现拓展了新的方向。在这项工作的启示下，未来的相对论性准粒子动力学实验有希望在尺度更小的固态微纳系统中实现，如光学微腔极化激元体系等，完成相对论性粒子体系的小型化和集成化。
该工作由西安交通大学、法国克莱蒙大学、美国阿肯色大学、南京大学合作完成。西安交通大学张朝阳、李峰教授、法国克莱蒙大学G. Malpuech教授为论文通讯作者，西安交通大学为第一研究单位。该项工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金优秀青年科学基金、陕西省科技创新团队等项目的支持。
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.233901
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