近日，厦门大学易骏教授课题组在光子晶体物理与拓扑光子学方向取得新进展。研究团队提出了一种基于光子晶体周期性缺陷阵列的“可编程”耦合网络新方案，成功实现了对紧束缚模型中相邻格点耦合强度与符号的独立、精准调控，从而在微纳尺度上高保真地复现了紧束缚模型能带形成及多种拓扑物理现象。相关成果以“Tailored Tight-Binding Couplings in Photonic Crystals”为题在线发表于 Laser & Photonics Reviews。
紧束缚模型是凝聚态物理中理解能带结构与拓扑效应的核心理论框架之一。该模型将体系哈密顿量描述为格点上的本征能级与格点间跃迁耦合的组合。其中，耦合的大小决定能带展宽与色散尺度，而耦合的相对符号及相位分布则主导波函数的干涉性质与对称性约束下的能带演化，可引发能带反转、有效规范场以及拓扑边缘态等一系列关键物理现象。
然而，在光子晶体等工作在波长尺度的体系中，实现理想的紧束缚模型仍面临诸多挑战。一方面，光波具有显著的空间延展性，格点间不可避免地存在长程耦合与串扰，使得最近邻主导的紧束缚近似容易被破坏；另一方面，光学耦合的符号往往受限于模场固有的宇称对称性，难以实现像理想紧束缚模型中那样可预测、可编程的参数设计。如何在光学体系中构建真正满足紧束缚模型且高度可控的“光学格点网络”，一直是该领域亟待突破的难题。
针对这一挑战，团队在前期光子晶体研究（Phys. Rev. Lett., 135, 083803，2025）的基础上，进一步提出了基于“缺陷调控超晶格”的新策略。该方案在具有光子带隙的背景晶格中引入周期性缺陷，利用带隙对光场的强局域效应，将缺陷模式塑造为彼此隔离的“人工原子”，并通过倏逝场隧穿实现最近邻耦合，从而使体系天然满足紧束缚模型条件。更关键的是，通过设计缺陷间的“间隔单元”参数，可以像“搭积木”一样对耦合强度与符号进行自由编程。这相当于让光在若干“中介单元”传输，多级中介的干涉与失谐共同决定最终等效耦合的幅度与相位。
基于该平台，团队成功构建了二维SSH拓扑晶格及具有合成磁通的光子晶体结构，并在数值模拟中获得与紧束缚模型高度一致的能带与边界态特征，包括拓扑相变及莫比乌斯（Möbius）型边界态等现象。该研究提出了一种纯介质、可扩展且参数可编程的光子晶体设计思路，为在波长尺度实现拓扑物态、合成规范场以及片上光学器件设计提供了新的路径，未来有望推广至更丰富的晶格类型与更高维度的等效模型构建。
该论文的第一作者为厦门大学电子科学与技术学院博士研究生郑俊榕，通讯作者为易骏教授。研究工作得到香港大学马静文博士及厦门大学田中群院士的指导与协助。本研究受国家重点研发计划（2021YFA1201502）、国家自然科学基金（22522309、22272140）、福建省自然科学基金（2025J09013）、中央高校基本科研业务费（20720240068）以及香港研究资助局项目（GRF 17208725）资助。
