近期，我校范滇元院士团队与英国伯明翰大学张霜教授课题组合作，通过探索马鞍形状的光子晶体，在实验上首次观测到了理想的外尔系统。相关成果以题为“Ideal Weyl points and helicoid surface states in artificial photonic crystal structures”发表在国际顶尖期刊Science上。深圳大学博士后郭清华为论文共同第一作者，项元江副教授为论文的合作作者，英国伯明翰大学、深圳大学、University of Exeter和中科院物理所为论文共同第一单位。

图1 理想外尔系统的结构和能带

理想的外尔系统是研究和开发很多有趣的拓扑特性以及实际应用的基础。然而到目前为止，还没有实验观测到理想的外尔系统。这里，通过探索马鞍形状的光子晶体（图1A，B），他们观测到理想的外尔系统，其中四个对称性保护的外尔点坐落在同一个频率，并且在这个频率周围没有其他能带干扰（图1C）。他们用近场扫描的方法测量了该光子晶体的体态和表面态的分布情况（图2）。作为源的探针放在样品的底部，这样可以同时激发体态和表面态。测量的探针在样品的上表面扫描，可以得到近场的振幅和相位分布，然后通过傅里叶变换得到其动量空间的等频面分布情况。从图中的实验和仿真的对比中可以看到螺旋表面态的旋转情况。他们的发现对外尔拓扑态的研究提供了一个理想的平台。

图2体态和螺旋表面态的实验观测

该工作得到了国家自然科学基金基金的资助。论文链接：http://science.sciencemag.org/content/359/6379/1013