维尔茨堡卓越集群ctd.qmat的研究人员表示，他们通过有针对性的材料与微结构设计，将拓扑量子霍尔效应和自旋霍尔效应的关键特征引入光-物质混合系统，并在以极化子为载体的平台上实现了相应的光学量子现象。研究团队由维尔茨堡大学（JMU）应用物理系的Sebastian Klembt教授牵头，成果已发表在《自然通讯》。

量子霍尔效应与量子自旋霍尔效应被认为是拓扑输运的重要代表。资料显示，1980年，时任维尔茨堡研究人员的诺贝尔奖得主Klaus von Klitzing首次通过量子霍尔效应展示了拓扑电荷输运；2006年，维尔茨堡大学Laurens Molenkamp教授首次给出了量子自旋霍尔效应作为拓扑绝缘体内在性质的实验证据。上述两类效应均与对散射的抑制相关。

在本次工作中，研究人员将研究对象从电子体系扩展到光-物质混合体系，核心载体为极化子，即光子与激子耦合形成的混合准粒子。极化子产生于“微柱”结构——一种微小的半导体结构，在其中光与物质发生强相互作用。

实验部分由维尔茨堡大学应用物理系Simon Widmann领导的团队完成；理论框架由ctd.qmat首席研究员、维尔茨堡大学理论物理学I教授Ronny Thomale与新加坡南洋理工大学研究人员合作建立。

研究团队采用砷化镓（GaAs）制备了一系列椭圆形微柱。激光照射样品后，光子与激子相互作用形成极化子；镜面层将这些粒子限制在微柱内，使其在输运行为上呈现与拓扑体系相似的特征。

Klembt表示，微柱的椭圆形几何以及其耦合角度会产生所谓的人工规范场，其作用方式与磁场对电子的影响相类比，并由此决定极化子的行为。在该混合材料系统中，几何结构还使光呈现左旋或右旋圆偏振（电场分别顺时针或逆时针旋转），两种偏振沿相反路径传播，形成量子自旋霍尔效应的光学类比。研究人员将光的圆偏振视为“赝自旋”。

研究团队称，这一进展为拓扑极化子激光器以及光学信息处理等方向提供了新的可能性，并指出在相关设想中，光的偏振可作为信息载体。