1、 光学设备产生、引导和探测电磁波，包括激光、望远镜和太阳能电池。这些器件中使用的大多数材料对于某些应用来说都是具有挑战性的，因为被称为光学互易的现象是固有的对称性，这迫使光在两个方向上传播。基于应用的挑战的一个例子是高功率激光器，其中由光学互易引起的反向散射光可能会损坏仪器。

2、 发表在《自然通讯》上的一项新研究描述了如何利用拓扑物理学的见解打破光学互易性。诱导拓扑状态并向材料中注入新的特性可以帮助创建一个“单向”的光系统，从而使未来创建更高效的光学器件成为可能。该研究由助理教授薄震和博士后教授李赫和教授尤金梅勒，研究生撒迦利亚艾迪森和金以及麻省理工学院教授史蒂文约翰逊共同领导。

3、 虽然一些天然材料会破坏光学互易性，但这种磁光效应通常很弱，这些材料只能用于静态系统。这些限制意味着材料太大，无法用于小型光电芯片。“这是一个现有的技术障碍，”甄说。“除了这种磁光效应之外，我们还在询问能达到类似效果的其他科学可能性。”

4、 甄和何研究了LiNbO 3，这是一种可以制成薄膜的光学材料，可以用作光电芯片和小型器件的涂层。作为一种被物理学家称为非线性的光学材料，LiNbO 3在动态环境中放置时会破坏光学互易性，例如晃动而不是静止，或者静态系统。

5、 非线性光学材料很常见；大多数教室激光指示器都有非线性光学晶体，可以将不可见的红外光转换成可见的绿光。研究人员面临的障碍是非线性光学材料中的拓扑相很少为人所知，尤其是当它们处于动态环境中时。

6、 凭借拓扑光子学和光电子应用材料研究人员的专业知识，他们发展了一种物理理论来解释非线性光学材料中发生的事情。为了证明这一理论，他对铌酸锂光子晶体进行了模拟实验，发现如果材料处于动态系统中，可以诱导拓扑相。

7、 此外，研究人员表示，电子系统中似乎没有这些拓扑阶段的直接对应物，这可能会在未来的应用中产生独特的特征。“例如，我们也可以实现单向放大器或衰减器，”他说。

8、 甄说，他们研究成果的一个微妙方面是，它们提供了对动态系统中能量守恒的更好理解，这比静态系统中的更简单。例如，当光子的光通过一个动态系统时，光子的数量保持不变，但能量的总量可以改变，以光子的形式拾取或释放能量。更好地理解动态系统中的保守性和不动性是甄及其团队研究的亮点之一。

9、 作为第一批为非线性光学材料拓扑的未来研究奠定基础的论文之一，这项工作可以为未来的理论工作提供指导，并为即将进行的实验提供起点。

10、 甄子丹说：“这真的是一个非常激动人心的领域的开始。“我们制定了基本的理论框架，并表明即使静态系统微不足道，但如果我们以正确的方式摇动它，它也会变得非常有趣。”