中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿团队在单个微腔内构建人工规范场研究方面取得进展。该团队中，教授董春华研究组首次利用回音壁模式微腔中多模相互作用，通过几何相位控制实现了人工合成规范场，包括合成磁场和合成电场。相关研究成果发表在Physics Review Letters上。

（a-b）单个微腔内的多模相互作用建立了可扩展的人工规范场；（c-e）不同合成磁场强度下腔内光子及声子的响应。

　　当带电粒子经过一个回路，通过的磁通量产生一个相位差，该相位差可用来研究凝聚态物理里的拓扑现象，如拓扑相位，拓扑保护量子态等。对于非带电粒子或者玻色子，类似地，可以通过构建一个几何相位，即构建哈密顿量，使非带电粒子和玻色子获得一个路径相关的相位，实现合成磁场。合成磁场可以为量子多体物理的模拟计算提供更高的精度和对玻色子更好的控制。此外，合成磁场可以在多个体系里实现，如超冷原子、光子、声子以及其他玻色准粒子。

　　以往研究均通过多个微腔体系来构建几何相位实现人工规范场，而该团队首次利用单个微腔，通过微腔支持多模相互作用的特点，实现了合成规范场。利用光纤锥同时向微腔注入顺时针和逆时针的驱动光，可以实现光子与声子相干耦合且耦合相位完全可控。科研人员通过实验证明，光子在多个模式间耦合输运会获得与路径相关的相位差，从而实现了光子的等效合成磁场；进一步发挥微腔光场调控的优势，也实现了时变的规范相位，从而首次在单个微腔中实现光子的合成电场。由于微腔里可以实现比较强的相干光机械耦合相互作用，以及相干的非线性光学效应，实验结果也预示了合成磁场可以在可控的情况下拓展到更高维度，而这在现实的晶格里还未实现；此外，本实验中的合成规范场有望用于研究光子的拓扑性质，实现手性边缘态和拓扑保护。

　　中国科大博士研究生陈元、张延磊、沈镇为论文共同第一作者，董春华、特任副研究员邹长铃为论文通讯作者。研究工作得到国家重点研发计划、中科院、国家自然科学基金委员会、量子信息与量子科技前沿协同创新中心等的支持。