專家信息：

劉輝，男，南京大學物理學院教授，博士生導師，固體微結構物理國家重點實驗室副主任。

教育及工作經歷：

2003年，南京大學博士畢業。

2004-2005年，美國加州大學伯克利分校博士后。

2008年，德國斯圖加特大學訪問學者。

2009年，香港科技大學訪問學者。

2011年，入選教育部“新世紀優秀人才支持計劃”。

2012年，入選南京大學登峰人才計劃B層次。

2014年，獲得杰出青年基金資助。

2014年，獲得中國光學學會王大珩光學獎。

學術兼職及社會任職：

擔任Optic Express, JOSAB審稿人。 

主講課程： 

《微納光子學》、《電磁學》、《普通物理》、《大學物理光學實驗》 

培養研究生情況： 

資料更新中……

 

研究方向：

1. 光學超構材料(Optical Metamaterials)

2. 金屬表面等離激元(Surface Plasmon)

3. 光子晶體(Photonic Crystals) 

承擔科研項目情況：

主持多個863重點項目，自然基金項目等。

1. NSFC: 11374151

Manipulation of emission of quantum dots in metal/dielectric multilayer chiral metamaterials 

2. the doctoral program(20120091140005)

Enhancement of polarizabilities of small particles due to particle-substrate resonances 

3. NSFC: 11074119

Study on magnetic plasmon polariton in chiral fishnet structure and optical activity 

4. NCET-10-0480

the Program for New Century Excellent Talents in University 

5. National Key Projects for Basic Researches of China (973)：2010CB630703

Novel effect and new devices based on microstructural opto-electric functional materials 

6. NSFC：60990320

The study of theory and application technology of metamaterials 

7. NSFC：10874081

Near-field Optical Properties of Magnetic Plasmon Polariton in Split-hole Structures 

8. NSFC：10604029

Enhanced Raman Scattering Effect by Magnetic Plasmon Polariton in Visible and Infrared Range 

科研成果： 

1. 主要學術成果包括金屬等離激元的共振耦合與雜化效應，超構材料中的變換光學波導，金屬微腔與納米激光器等。發表SCI文章70多篇，其中包括Nature Photonics，Phy. Rev. Lett，Phys. Rev. B, Laser & Photonics Review等。 發表英文綜述文章三篇，參與撰寫英文專著兩部，在國際光學會議做邀請報告20多次。

2. 成功地將量子化學的軌道理論和凝聚態物理中格波色散理論用于研究光學超構材料各種耦合效應，發現耦合超構材料的宏觀性質可以看作是相互作用結構單元之間“雜化效應”的結果。同時經過系統研究，他還發現耦合超構材料會具有一系列傳統無耦合超構材料所沒有的新奇而有趣的性質。

3. 美國工程院士Rice大學的Naomi J. Halas教授和Peter Norlander教授是surface plasmon領域國際知名學者，他們在多篇文章中引用了劉輝的工作，并進行了正面的評價。包括澳大利亞國立大學的Yuri Kivshar教授，E.Ozbay教授，英國南安普頓大學的N.I. Zheludev教授、臺灣大學蔡定平教授、德國愛爾朗根大學E. Shamonina教授、荷蘭原子與分子物理研究所的A. Koenderink教授在內的超構材料領域多位國際知名學者都在多篇文章中援引并高度肯定了他的工作和成果。

4. 通過控制材料的宏觀參數來控制波的傳播，具體到光學超構材料上，是通過控制材料的折射率，來控制光的傳播。在這一前沿領域，劉輝不畏未知的風險，挑戰了一項有趣的課題——利用變換光學材料來模擬天體引力場的彎曲時空，實現廣義相對論所預言的引力透鏡效應。

5. 與以前的大多數窄帶共振光學微腔相比，非共振光學微腔具有寬波段特性，可以捕獲較寬的連續波段內的光子，這也發展了光學微腔一種新的功能，可以應用于光子芯片上的寬波段激光器、光電探測、光伏器件等。 他們將這項工作總結成文，發表在《自然—光子學》上，在國際上引起了高度關注，包括《自然》、《科學美國人》雜志、英國《新科學家》雜志、國際著名物理網站Phys.Org等主流的國際科學媒體對此進行了報道，評價他們的工作“第一次精確地在光子器件中模擬愛因斯坦廣義相對論引力透鏡效應”“第一次在光子芯片上，用簡單的實驗，精確而漂亮地演繹了愛因斯坦廣義相對論所描述的部分思想”“用一種獨特的光學結構模擬天體動力學性質”“科學家在實驗室模擬天體扭曲光線”。同時，國內專家也給予了密切關注，《物理》雜志為此邀請劉輝撰寫封面文章。

發明專利：

1 超晶格全固態紅、綠、藍三色激光器 王慧田;廖軍;何京良;劉輝 2002-09-17 2003-03-12

2 超晶格全固態紅、黃、綠、藍四色激光器的設置方法 何京良;廖軍;劉輝;祝世寧 2003-02-19 2003-08-06

3 超晶格全固態紅、黃、綠三色激光器的設置方法 祝世寧;何京良;廖軍;劉輝 2003-02-19 2003-08-06

 

論文專著：

發表SCI文章70多篇，其中包括Nature Photonics，Phy. Rev. Lett，Phys. Rev. B, Laser & Photonics Review等。 發表英文綜述文章三篇，參與撰寫英文專著兩部，在國際光學會議做邀請報告20多次。

2015

1. Flexible coherent control of plasmonic spin-Hall effect. Shiyi Xiao, Fan Zhong, Hui Liu, Shining Zhu, and Jensen Li. Nature Communications | 6:8360 | DOI: 10.1038/ncomms9360 (2015)

2. Active control of electromagnetic radiation through an enhanced thermo-optic effect. Chong Sheng, Hui Liu, Shining Zhu and Dentcho A. Genov. Scientific Reports | 5 : 8835 | DOI: 10.1038/srep08835 (2015)

2014

3. Refractive index sensor based on the leaky radiation of a microfiber. F. Gao, H. Liu, C. Sheng, C. Zhu, and S. N. Zhu. Optics Express 22,12645 (2014)

2013

4. Trapping light by mimicking gravitational lensing. C. Sheng, H. Liu, Y. Wang, S. N. Zhu and D. Genov. Nature Photonics 7, 902 (2013)

5. Coupled magnetic resonator optical waveguides. Hui Liu and Shining Zhu0 Laser Photonics Rev. 7, 882 (2013) 

2012

6. Enhanced electromagnetic pressure in a sandwiched reflection grating. Huang, CP; Wang, SB ; Yin, XG; Zhang, Y ; Liu, H ; Zhu, YY; Chan, CT. Phys. Rev. B 86, 085446 (2012)

7. Deep subwavelength Fabry-Perot-like resonances in a sandwiched reflection grating. Huang, CP ; Yin, XG ; Zhang, Y; Wang, SB; Zhu, YY; Liu, H; Chan, CT. Phys. Rev. B 85, 235410 (2012)

8. Transformation bending device emulated by graded-index waveguide. Wang, Y.; Sheng, C.; Liu, H.; et.al. OPTICS EXPRESS 20, 13006 (2012)

9. Size control of vapor bubbles on a silver film by a tuned CW laser. Zheng, Y. J.; Wang, Y.; Liu, H.; et.al. AIP Advance 2,022155(2012)

10. The interaction between quantum dots and coupled magnetic plasmon in coupled metamaterial. Wang, S. M.; Liu, H.; Li, T.; et.al. Phys. Lett. A 376, 1812 (2012)

11. Hong-Ou-Mandel interference mediated by the magnetic plasmon waves in a three-dimensional optical metamaterial. S. M. Wang, S. Y. Mu, C. Zhu, Y. X. Gong, P. Xu, H. Liu, T. Li, S. N. Zhu,and X. Zhang. OPTICS EXPRESS 20, 5213 (2012)

2011

12. Sizable electromagnetic forces in parallel-plate metallic cavity. Wang, S. B.; Ng, Jack; Liu, H.; et.al. Phys. Rev. B 84, 075114 (2011)

13. Linear and nonlinear Fano resonance on two-dimensional magnetic metamaterials. Liu, H.; Li, G. X.; Li, K. F.; et.al. Phys. Rev. B 84, 235437 (2011)

14. Coherent magnetic plasmon modes in a contacting gold nano-sphere chain on a gold Slab. Chen, K. N.; Liu, H.; Wang, S. M.; et.al. OPTICS EXPRESS 19, 23782 (2011)

15. Strong plasmon coupling between two gold nanospheres on a gold slab. Liu, H.; Ng, J.; Wang, S. B.; et. al. New J. Phys. 13,073040(2011)

16. Magnetic plasmon in coupled nanosandwich structure. Qiu, Liu; Wang, Shuming; Liu, Hui; et.al. JOSAB 28,1655(2011)

17. Spectral analysis of enhanced third harmonic generation from plasmonic excitations. Li, G. X.; Li, T.; Liu, H.; et.al. Appl. Phys. Lett. 98,261909 (2011)

18. Selective optical trapping based on strong plasmonic coupling between gold nanorods and slab. Zheng, Y. J.; Liu, H.; Wang, S. M.; et.al. Appl. Phys. Lett. 98,083117(2011)

19. Fast roll-off and sensitivity of a transparency window with dual magnetic resonant modes from a split double-ring metamaterial. Dong, Zheng-Gao; Liu, Hui; Li, Tao; et.al. Phy. Lett. A 375, 1148 (2011)

20. Accumulating microparticles and direct-writing micropatterns using a continuous-wave laser-induced vapor bubble. Y.J. Zheng, H. Liu, Y. Wang, C. Zhu, S. M. Wang, J. X. Cao and S. N. Zhu. Lab On a Chip 11, 3816（2011）

21. Strong Light-Induced Negative Optical Pressure Arising from Kinetic Energy of Conduction Electrons in Plasmon-Type Cavities. H. Liu, Jack Ng, S. B. Wang, Z. F. Lin, Z. H. Hang, C. T. Chan, and S. N. Zhu. Phys. Rev. Lett. 106，087401 (2011)

2010

22. Lagrange model for the chiral optical properties of stereometamaterials. H. Liu, J. X. Cao, S. N. Zhu, N. Liu, R. Ameling, and H. Giessen. Phys. Rev. B (rapid communication) 81, 241403 (R) (2010) view pdf

23. Cavity-involved plasmonic metamaterial for optical polarization conversion. T. Li, S. M. Wang, J. X. Cao, H. Liu, and S. N. Zhu0 Appl. Phys. Lett. 97, 261113 (2010) view pdf

24. Plasmonically induced transparent magnetic resonance in a metallic metamaterial composed of asymmetric double bars. Z. G. Dong , H. Liu, M. X. Xu, T. Li, S. M. Wang, S. N. Zhu and X. Zhang. Optics Express 18, 18229 (2010) view pdf

25. High sensing properties of magnetic plasmon resonance in the double-rod and tri-rod structures. J. X. Cao, H. Liu, T. Li, S. M. Wang, Z. G. Dong, and S. N. Zhu. Appl. Phys. Lett. 97, 071905 (2010) view pdf

26. Electric and magnetic excitation of coherent magnetic plasmon waves in a one-dimensional meta-chain. C. Zhu, H. Liu, S. M. Wang, T. Li, J. X. Cao, Y. J. Zheng, L. Li, Y. Wang , S. N. Zhu and X. Zhang. Optics Express 18, 26268 (2010) view pdf

27. Enhanced sensing performance by the plasmonic analog of electromagnetically induced transparency in active metamaterials. Z. G. Dong, H. Liu, J. X. Cao, T. Li, S. M. Wang, S. N. Zhu,and X. Zhang. Appl. Phys. Lett. 97, 114101 (2010) view pdf

28. Hybridization effect in coupled metamaterials. H. Liu, T. Li, S. M. Wang, and S. N. Zhu. Front. Phys. China (review paper) 5, 277 (2010) view pdf

29. The gain effect in a magnetic plasmon waveguide. S. M. Wang, Z. H. Zhu, J. X. Cao, T. Li, H. Liu, S. N. Zhu, and X. Zhang. Appl. Phys. Lett. 96, 113103 (2010) view pdf

30. Optical loss compensation in a bulk left-handed metamaterial by the gain in quantum dots. Z. G. Dong, H. Liu, T. Li, Z. H. Zhu, S. M. Wang, J. X. Cao, S. N. Zhu, and X. Zhang. Appl. Phys. Lett. 96, 044104 (2010) view pdf

This paper has been selected for the February 15, 2010 issue of Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology 

31. Double-resonance nanolaser based on coupled slit-hole resonator structures. Z. H. Zhu, H. Liu, S. M. Wang, W. M. Ye, X. D. Yuan, and S. N. Zhu. Opt. Lett. 35, 754 (2010) view pdf

2009

32. Magnetic Plasmon Modes Introduced by the Coupling Effect in Metamaterials. H. Liu, Y. M. Liu, T. Li, S. M. Wang, S. N. Zhu and X. Zhang. Chaper 11 in Book: “Metamaterials Theory, Design and Applications” (pp. 247-269) edited by T. J. Cui, D. R. Smith and R. P. Liu, Springer (2009) (DOI 10.1007/978-1-4419-0573-4) view pdf

33. Modeling the directed transmission and reflection enhancements of the lasing surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation in active metamaterials. Z. G. Dong, H. Liu, T. Li, Z. H. Zhu, S. M. Wang, J. X. Cao, S. N. Zhu, and X. ZhangPhys. Rev. B 80, 235116 (2009) view pdf

34. Steering polarization of infrared light through hybridization effect in a tri-rod structure. J. X. Cao, H. Liu, T. Li, S. M. Wang, T. Q. Li, S. N. Zhu, and X. Zhang. J. Opt. Soc. Am. B 26, B96 (2009) view pdf

35. Suppression of radiation loss by hybridization effect in two coupled split-ring resonators. T. Q. Li, H. Liu, T. Li, S. M. Wang, J. X. Cao, Z. H. Zhu, Z. G. Dong, S. N. Zhu, and X. Zhang0 Phys. Rev. B 80, 115113 (2009) view pdf

36. Structural-configurated magnetic plasmon bands in connected ring chains.T. Li, R. X. Ye, C. Li, H. Liu, S. M. Wang, J. X. Cao, S. N. Zhu, and X. Zhang. Opt. Express 17, 11486 (2009). view pdf

37. Coupled magnetic plasmons in metamaterials. H. Liu, Y. M. Liu, T. Li, S. M. Wang, S. N. Zhu, and X. Zhang. Phys. Status Solidi B 246, 1397 (2009) (Review Paper) view pdf

38. Optically pumped nanolaser based on two magnetic plasmon resonance modes. Z. H. Zhu, H. Liu, S. M. Wang, T. Li, J. X. Cao, W. M. Ye, X. D. Yuan, and S. N. Zhu,. Appl. Phys. Lett. 94, 103106 (2009) view pdf

39. Stereometamaterial. N. Liu, H. Liu, S. N. Zhu and H. Giessen. Nature Photonics 3, 157-162 (2009) view pdf

40. Parametric simulations of the metallic double-ring metamaterials: Geometric optimization and terahertz response. Z. G. Dong, M. X. Xu, H. Liu, T. Li, and S. N. Zhu. J. Appl. Phys. 105, 034907 (2009) view pdf

41. Extraordinary optical transmission induced by excitation of a magnetic plasmon propagation mode in a diatomic chain of slit-hole resonators. H. Liu, T. Li, Q. J. Wang, Z. H. Zhu, S. M. Wang, J. Q. Li, S. N. Zhu, Y. Y. Zhu, and X. Zhang. Phys. Rev. B 79, 024304 (2009) view pdf

This paper has been selected for the February 9, 2009 issue of Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology

2008

42. Omnidirectional magnetic-resonance transmission and its elimination in a metallic metamaterial comprising rings and plates. Z. G. Dong, M. X. Xu, H. Liu, T. Li, and S. N. Zhu. Phys. Rev. E 78, 066612 (2008) view pdf

43. Selective switch made from a graded nanosandwich chain. S. M. Wang, T. Li, H. Liu, F. M. Wang, S. N. Zhu, and X. Zhang. Appl. Phys. Lett. 93, 233102 (2008) view pdf. 

44. Resonance amplification of left-handed transmission at optical frequencies by stimulated emission of radiation in active metamaterial. Z. G. Dong, H. Liu, T. Li, Z. H. Zhu, S. M. Wang, J. X. Cao, S. N. Zhu, and X. Zhang. Opt. Express 16, 20974 (2008) view pdf

45. Manipulating optical rotation in extraordinary transmission by hybrid plasmonic excitations. T. Li, H. Liu, S. M. Wang, X. G. Yin, F. M. Wang, S. N. Zhu, and X. Zhang. Appl. Phys. Lett. 93, 021110 (2008) view pdf

This paper has been selected for the July 28, 2008 issue of Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology

46. Lamellar model of the left-handed metamaterials composed of metallic split-ring resonators and wires. S. Y. Lei, Z. G. Dong, M. X. Xu, H. Liu, T. Li, F. M. Wang, S. N. Zhu. Phys. Lett. A 372, 4667 (2008) view pdf

47. Creation of a magnetic plasmon polariton through strong coupling between an artificial magnetic atom and the defect state in a defective multilayer microcavity. D. Y. Lu, H. Liu, T. Li, S. M. Wang, F. M. Wang, S. N. Zhu, and X. Zhang. Phys. Rev. B 77, 214302 (2008) view pdf

48. Negative refraction with magnetic resonance in a metallic double-ring metamaterial. Z.G. Dong, S.Y. Lei, M. X. Xu, H. Liu, T. Li, F. M. Wang, S. N. Zhu. Appl. Phys. Lett. 92, 064101 (2008) view pdf

49. Magnetic resonance hybridization and optical activity of microwaves in a chiral metamaterial. T. Q. Li, H. Liu, T. Li, S. M. Wang, F. M. Wang, R. X. Wu, P. Chen, S. N. Zhu and X. Zhang. Appl. Phys. Lett. 92,131111 (2008) view pdf

50. Negative index of refraction in metallic metamaterial comprising split-ring resonators. Z.G. Dong, S.Y. Lei, M. X. Xu, H. Liu, T. Li, F. M. Wang, S. N. Zhu. Phys. Rev. E 77, 056609 (2008) view pdf

51. Magnetic plasmon modes in periodic chains of nanosandwiches. S. M. Wang, T. Li, H. Liu, F. M. Wang, S. N. Zhu and X. Zhang. Optics Express 16, 3560 (2008) view pdf

52. Dispersion of magnetic plasmon polaritons in perforated trilayer metamaterials. T. Li, S. M. Wang, H. Liu, J. Q. Li, F. M. Wang, S. N. Zhu and X. Zhang. J. Appl. Phys. 103, 023104 (2008) view pdf

2007

53. Highly confined energy propagation in a gap waveguide composed of two coupled nanorod chains. F. M. Wang, H. Liu, T. Li, S. M. Wang, S. N. Zhu, J. Zhu and W. W. Cao. Appl. Phys. Lett. 91, 133107 (2007) view pdf

54. Omnidirectional negative refraction with wide bandwidth introduced by magnetic coupling in a tri-rod structure. F. M. Wang, H. Liu, T. Li, S. N. Zhu, and X. Zhang. Phys. Rev. B 76, 075110 (2007) view pdf

55. Magnetic plasmon hybridization and optical activity at optical frequencies in metallic nanostructures. H. Liu, D. A. Genov, D. M. Wu, Y. M. Liu, Z. W. Liu, C. Sun, S. N. Zhu, and X. Zhang. Phys. Rev. B 76, 073101 (2007)

This paper has been selected for the August 27, 2007 issue of Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology

56. Surface-plasmon-induced optical magnetic response in perforated trilayer metamaterial. T. Li, H. Liu, F. M. Wang, J. Q. Li, Y. Y. Zhu, and S. N. Zhu. Phys. Rev. E 76, 016606 (2007) view pdf

57. Exploring magnetic plasmon polaritons in optical transmission through hole arrays perforated in trilayer structures. T. Li, J. Q. Li, F.M. Wang, Q. J. Wang, H. Liu, S.N. Zhu, and Y. Y. Zhu. Appl. Phys. Lett. 90, 251112 (2007) view pdf

58. Non-left-handed transmission and bianisotropic effect in a π-shaped metallic metamaterial. Z.G. Dong, S.Y. Lei, Q. Li, M. X. Xu, H. Liu, T. Li, F. M. Wang, S. N. Zhu. Phys. Rev. B 75, 075117 (2007) view pdf

59. Metamaterial of rod pairs standing on gold plate and its negative refraction property in the far-infrared frequency regime. F. M. Wang, H. Liu, T. Li, Z. G. Dong,S. N. Zhu, and X. Zhang. Phys. Rev. E 75, 016604 (2007) view pdf

2006

60. Coupling effect of magnetic polariton in perforated metal/dielectric layered metamaterials and its influence on negative refraction transmission. T. Li, H. Liu, F. M. Wang, Z. G. Dong, and S. N. Zhu. Optics Express 14, 11155 (2006) view pdf

61. Magnetic Plasmon Propagation Along a Chain of Connected Subwavelength Resonators at Infrared Frequencies. H. Liu, D. A. Genov, D. M. Wu, Y. M. Liu, J. M. Steele, C. Sun, S. N. Zhu, and X. Zhang. Phys. Rev. Lett. 97, 243902 (2006) view pdf

2005

62. Numerical simulations of negative-index refraction in wedge-shaped metamaterials. Z. G. Dong, S. N. Zhu, H. Liu, J. Zhu and W. Cao. Phys. Rev. E 72, 016607 (2005) view pdf

63. Coupling of electromagnetic waves and superlattice vibrations in a piezomagnetic superlattice: Creation of a polariton through the piezomagnetic effect. H. Liu, S. N. Zhu, Z. G. Dong, Y. Y. Zhu, Y. F. Chen, N. B. Ming and X. Zhang. Phys. Rev. B 71, 125106 (2005) view pdf. 

64. Piezoelectric–piezomagnetic multilayer with simultaneously negative permeability and permittivity. H. Liu, S. N. Zhu, Y. Y. Zhu, Y. F. Chen, and N. B. Ming and X. Zhang. Appl. Phys. Lett. 86, 102904 (2005) view pdf

2000-2004

65. Red, yellow, green and blue - four-color light from a single, aperiodically poled LiTaO3 crystal. Liao, J; He, JL; Liu, H; 等.. Appl. Phys. B 78, 265 (2004)

66. Simultaneous cw red, yellow, and green light generation, "traffic signal lights," by frequency doubling and sum-frequency mixing in an aperiodically poled LiTaO3. He, JL; Liao, J; Liu, H; et.al. Appl. Phys. Lett. 83,228 (2003)

67. Simultaneous generation of red, green, and blue quasi-continuous-wave coherent radiation based on multiple quasi-phase-matched interactions from a single, aperiodically-poled LiTaO3. Liao, J; He, JL; Liu, H; et.al. Appl. Phys. Lett. 82, 3159 (2003)

68. Multipie-wavelength second-harmonic generation in aperiodic optical superlattices. Liu, H; Zhu, SN; Zhu, YY; et.al. Appl. Phys. Lett. 81,3326(2002)

69. Aperiodic optical superlattices engineered for optical frequency conversion. Liu, H; Zhu, YY; Zhu, SN; et.al. Appl. Phys. Lett. 79，728 (2001)

70. Red and blue light generation in an LiTaO3 crystal with a double grating domain structure. Liu, ZW; Zhu, SN ; Zhu, YY; Wang, HT; Luo, GZ; Liu, H; Min, NB ; Liang, XY; Xu, ZY. Chin. Phys. Lett. 18,539(2001)

71. A scheme to realize three-fundamental-colors laser based on quasi-phase matching. Liu, ZW ; Zhu, SN; Zhu, YY; Liu, H; Lu, YQ; Wang, HT ; Ming, NB; Liang, XY; Xu, ZY. Solid State Comm. 119, 363 (2001)

72. Generation of efficient quasi-cw green light by single-pass frequency doubling with a periodic LiTaO3 optical superlattice. Liu, H; Liang, XY; Zhu, SN; et.al. Mat. Lett. 46，281 (2000)

73. Crucial effects of coupling coefficients on quasi-phase-matched harmonic generation in an optical superlattice. Zhang, C ; Zhu, YY ; Yang, SX ; Qin, YQ; Zhu, SN; Chen, YB ; Liu, H; Ming, NB

9月20日-21日，南京大學拔尖計劃師生一行26人來訪我院。此次交流由南京大學物理學院副院長吳小山教授、教學助理應學農老師、班導劉輝教授、教務員王憶寧老師、施惠寧老師帶隊，18名2012級學生參加。我院王冠中副院長、嚴濟慈班主管教授曾長淦、2012級嚴班班主任袁軍華教授接待了來訪的師生。

9月20號下午，在科大嚴濟慈班師生的陪伴下，南京大學師生們參觀了科大金桂飄香的東區校園。曾長淦教授一一為師生們講解了科大校園內那些科學先驅的感人生平，介紹了科大師生的奮斗歷程。兩校師生在“孺子牛”雕像前以及郭沫若廣場上紛紛合影留念。在校風紀念碑前，兩校學生先后唱起了各自的校歌，進一步拉近了彼此的距離。

9月20號下午，南京大學拔尖計劃的師生與我院2012級嚴濟慈班的同學代表在物理學院二樓報告廳進行了交流座談。同學們圍繞各自學習生活、課程安排、暑期交流、科研實踐、社團生活、未來的夢想等各方面交流了彼此的想法和感受，老師們圍繞教學管理、滾動機制、課程設置、網絡課程平臺建設等工作交換了各自的看法。王冠中副院長代表科大物理學院對南大師生來訪表示歡迎，他指出，科大和南大作為“五校聯盟”（中國物理學一級重點學科大學聯盟，由北京大學、復旦大學、南京大學、清華大學、中國科學技術大學組成）的成員，肩負著為中國乃至世界物理學發展培養基礎人才的重任，雙方應互通有無，加強在各領域的交流合作。吳小山副院長代表南大的師生們對科大物理學院的熱情接待表示感謝，表達了進一步加強兩校交流互動的意愿。

在座談和校園游覽之后，南大的師生們又先后奔赴國家同步輻射實驗室、科學島參觀交流。

訪問的時間雖然短暫，但兩校間的友誼之花卻在兩校的師生心中扎根、綻放。

 

來源：中國科學技術大學物理學院 2014-09-22

榮譽獎勵：

1. 2011年，入選教育部“新世紀優秀人才支持計劃”。

2. 2012年，入選南京大學登峰人才計劃B層次。

3. 2014年，獲得杰出青年基金資助。

4. 2014年，獲得中國光學學會王大珩光學獎。

5. 研究成果入選中國光學雜志社評選的2013年“中國光學重要成果”。

 

日前，物理學院光電科學系祝世寧院士課題組的劉輝教授與博士生盛沖的最新研究成果發表于《自然-光子學》(published online Sep 29 2013, doi:10.1038/nphoton.2013.247), 《自然》雜志主頁"NEWS&COMMENTS"專欄對這個工作進行了評述，稱該工作是“第一次在光子芯片上，用簡單的實驗，精確而漂亮地演繹了愛因斯坦廣義相對論所描述的部分思想”。 

“光”是自然界中最神秘的物質之一，近代物理學的幾次重要革命，都是發源于人們對“光”的探索。愛因斯坦為了描述宇宙時空的本質，建立了廣義相對論，其最著名的預言是光線在天體附近引力場中會發生彎曲。1919年，天文學家愛丁頓在日食過程中，觀測到了太陽引力場中光線的彎曲，直接驗證近代最偉大理論的預言。同樣，由于光是世界上速度最快的信息載體，對光的捕獲和操控，就像理解光的本質一樣，也是人們孜孜不斷追求的目標。進入二十一世紀以來，由于信息技術突飛猛進的發展和光子集成的應用需求，人們越來越需要在微小芯片上操控光子的行為。最近，物理學院光電科學系祝世寧院士課題組的劉輝教授與博士生盛沖，采用簡單而巧妙的旋涂加熱工藝，利用微球表面與聚合物薄膜接觸的表面張力，在一塊微小的光子芯片上，實現了折射率具有類似中心引力場分布的光學微腔(見圖一)。光子在這種微腔中的傳播特性可以模擬出光子在天體引力場中傳播受引力場吸引所產生的彎曲。他們理論上采用廣義相對論的愛因斯坦方程，計算了不同入射光子的傳播路徑，實驗中利用量子點熒光激發，測量了不同入射距離的光束在微腔周圍的傳播路徑。結果證明，與黑洞周圍引力場"視界"類似，這種微腔也存在一種臨界半徑，當光子的傳播路徑通過臨界半徑包圍的區域，光子就會被微腔捕獲，而當光子的傳播路徑在臨界半徑區域之外，光子不會被捕獲，只是路徑發生彎曲，實驗結果與理論很好的符合(見圖二)。該工作最近發表在《自然-光子學》(published online Sep 29 2013, doi:10.1038/nphoton.2013.247), 《自然》雜志主頁"NEWS&COMMENTS"專欄對這個工作進行了評述，國際著名超構材料專家Leonhardt教授評價這個工作是“第一次在光子芯片上，用簡單的實驗，精確而漂亮地演繹了愛因斯坦廣義相對論所描述的部分思想”。 

與以前的大多數窄帶共振光學微腔相比，工作中報道的非共振光學微腔具有寬波段特性，可以捕獲較寬的連續波段內的光子，這也發展了光學微腔一種新的功能，可以應用于光子芯片上的寬波段激光器，光電探測，光伏器件等。該項研究得到了國家自然科學基金創新群體、科技部973與量子調控項目、南京大學登峰計劃B層次的資助。

 圖一 光子芯片中引力透鏡效應的模擬：(a) 天體周圍引力場中光線彎曲；(b)光學微腔周圍光線彎曲

圖二 微腔中光捕獲效應的實驗(a)與理論(b)的比較

來源：南京大學物理學院 2013-10-08 
 

[29-9-2015] Our paper titled "Flexible coherent control of plasmonic spin-Hall effect" is published at Nature Communications | 6:8360 | DOI: 10.1038/ncomms9360 (2015). This work was done in collaboration with Prof. Jensen Li at University of Birmingham.

 [19-5-2014] Our paper titled " Refractive index sensor based on the leaky radiation of a microfiber " is published at Optics Express 22(10), 12645-12652 (2014).

 [3-3-2014] Prof. Hui LIU presented our recent work at APS March meeting in Denver. One of our experiment pictures is featured in this year's March meeting images gallery, titled as " Gravitational Lensing on a Chip".

 [24-12-2013] Nature Photonics Editorial "The power of analogies" (Published online 24 December 2013) gives a review on our recent experimental work on an optical analogue of a gravitational lens.

[14-11-2013] "Physics" (2013, 42 (11), 795) reported our work in cover page: Gravitation lensing mimicking and optical trapping in a optical chip

 [28-10-2013] Our review paper titled "coupled magnetic resonator optical waveguides" is published at Laser & Photonics Reviews 7, 882 (2013)

 [29-09-2013] Professor Hui Liu and Ph.D student Chong Sheng have breakthroughs in metamaterial photonic chip. We fabricate broadband transform optical cavity by mimicking gravitational lensing. It can capture NIR and visible photon. The work published in Nature Photonics 7, 902 (2013)

 Press Release: 

Scientific American; Phys.org; Newscientist; Nature News; HUFFPOST; Technology.org; Global.org; ofweek.com; nsfc.cn; gov.cn 

[13-08-2013] Professor Hui Liu participate in the Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS) to be held on August 12-15, 2013 in Stockholm, Sweden. He gave an invtited talk titled "Trapping Light by Mimicking Gravitational Lensing".

——記南京大學物理學院教授劉輝

科學世界總是這樣神奇奧妙，原本毫無關聯的事物，當它們統一到一體時很有可能會摩擦出新的火花—— 

現代科學技術的發展越來越強調學科之間的交叉和融合。光學作為物理學中一個古老的分支，與21世紀先進的納米微加工技術和材料生長技術結合，誕生了超構材料這個新興交叉學科。

站在這塊交叉學科的前沿高地，具備多重身份——南京大學物理學院教授、固體微結構物理國家重點實驗室副主任、教育部新世紀人才的劉輝，憑著對科學的熱愛和執著，引領我國光學超構材料前沿發展，使之在世界舞臺獨放異彩。

神奇的光學超構材料

從人類發明第一臺計算機，到我們今天日常使用的筆記本電腦和手機，電子集成技術取得了巨大的成功。相比電子集成技術，光子集成技術卻相對落后很多。現在，對光學領域的科學家而言，要面對的基本問題是：未來人們能否成功實現光子集成技術，并將其應用于光子計算呢？為了實現光子集成芯片，科學家提出了各種不同的結構體系，其中光學超構材料是目前國際上研究的熱門領域。

“超構材料的基本方法是利用各種納米結構單元，在小尺寸上實現光子的調控。”而劉輝這幾年的研究主要是結合光子集成芯片的國家重大需求和超構材料的國際前沿領域，圍繞超構材料光子集成芯片而開展的。

超構材料是科學家通過模擬自然界中的材料，設計并制造出來的一種新型人工微結構材料。由于這種材料的組成單元完全是人為設計的，可以實現許多自然材料所沒有的新穎而獨特的性質與應用，因此我們將這種材料稱為超構材料。超構材料主要應用在對各種波進行調控，比如早期大多集中在聲波、微波、和太赫茲波領域，隨著波長減小，單元的尺寸越來越小，超構材料的制備越來越困難，特別是光學波段的超構材料，在加工與測量方面面臨很多困難與挑戰。

科技人才最重要的價值體現在他們的創造價值上，那就是利用掌握的專業知識進行創造性的勞動，提出新的理論和新的解決方法，并轉化為新的生產力。在劉輝看來，光學超構材料的未來發展趨勢也是如此——發揮本身的優勢，與其他領域結合起來，為解決各種具體應用問題提供新的方法和手段。

他提到，目前光學超構材料在生物成像領域有一個很重要的應用——超分辨成像。劉輝談到，最近幾年，科學家利用光學超構材料制造出的超級透鏡，可以突破光學成像的衍射極限，分辨出遠小于波長尺寸的生物分子，這對分子生物學的發展具有很重要的意義。在光學超構材料的另一個重要的應用領域——光信息計算技術上如果有所突破，將提高計算機的計算速度�？茖W家提出量子計算機的構想，利用量子力學效應，可以大大提高計算機的處理速度，量子計算機將對未來信息技術的發展產生巨大的飛躍。為了實現量子計算機，有很多不同的結構體系，其中可以利用超構材料光子芯片上實現了控制非門的量子邏輯運算。劉輝說：“這是光學超構材料在量子計算機應用上一個很重要的進展。目前，我自己也正在抓緊時間，從事相關方面的研究。”

不容忽視的耦合作用

正因為超構材料為解決各種具體應用問題提供新的方法和手段，所以激發了很多研究者的興趣，與其有關的應用也層出不窮，但其基本的研究思路卻是非常簡單的：將很多小的結構單元組成宏觀上連續的介質，通過結構單元的設計控制材料的等效參數，以此來控制材料中光波的傳播行為。

根據一般的等效介質模型，結構單元之間的耦合很小，可以被忽略，但在組成超構材料時情況就完全不一樣，結構單元之間的耦合作用總是存在的，特別是當單元之間的距離很近的時候，這種耦合作用是不能被忽略的。劉輝說，因為它們會對材料的總體性質產生很大的影響。

那么，如何建立耦合超構材料理論模型？單元之間的耦合效應會給我們帶來什么新奇的性質？我們能否在耦合超構材料中找到其他新的應用？這些以前沒有考慮甚至被忽視的問題都一一呈現在劉輝眼前。

針對這些問題，這幾年劉輝對超構材料中各種耦合效應進行了系統而深入的研究。經過仔細比較自然材料和超構材料，他發現，耦合效應其實在自然材料中是普遍存在的一種性質。

“就像化學中原子之間的軌道耦合會形成復雜的分子，晶體中原子的近鄰耦合會形成格波一樣，如果我們借用自然材料中一些現有的理論模型，有可能解決超構材料中的各種耦合問題。”科學間也許就存在很多異曲同工之妙，而唯有善于思考的人才能抓住其中的共通之處。

這幾年，劉輝按照這個思路，成功地將量子化學的軌道理論和凝聚態物理中格波色散理論用于研究光學超構材料各種耦合效應，發現耦合超構材料的宏觀性質可以看作是相互作用結構單元之間“雜化效應”的結果。同時經過系統研究，他還發現耦合超構材料會具有一系列傳統無耦合超構材料所沒有的新奇而有趣的性質。

根據結構單元之間的耦合作用情況，超構材料被分成：超構分子、超構原子鏈和超構晶體。隨著研究的深入，劉輝的靈感被激發出來，他對這些材料一一進行了相關的理論和實驗研究，并取得了很多首創發現，在國內外引起了很大的反響。

劉輝本人因為在耦合超構材料方面的學術貢獻，被多個國際光學期刊邀請撰寫相關的綜述文章，很多國際著名的研究組也對他的研究工作進行了正面的引用和評價。

美國工程院士Rice大學的Naomi J. Halas教授和Peter Norlander教授是surface plasmon領域國際知名學者，他們在多篇文章中引用了劉輝的工作，并進行了正面的評價。包括澳大利亞國立大學的Yuri Kivshar教授，E.Ozbay教授，英國南安普頓大學的N.I. Zheludev教授、臺灣大學蔡定平教授、德國愛爾朗根大學E. Shamonina教授、荷蘭原子與分子物理研究所的A. Koenderink教授在內的超構材料領域多位國際知名學者都在多篇文章中援引并高度肯定了他的工作和成果。

正是因為有了他們所做的前沿工作，超構材料中共振單元之間耦合作用所導致的雜化效應正在吸引越來越多的研究者的興趣，一些新奇現象和性質不斷被研究報道，促使產生了普通無耦合超構材料中所沒有的應用�；�于此，耦合超構材料已經發展稱為微納光子學中的一個重要的分支領域。

在實驗室模擬天體扭曲光線

對劉輝來說，過去的2013年可圈可點的工作一定非光學超構材料莫屬。他們的成果入選了由中國激光雜志社主辦、多名國內一流光學專家組成評委會評選的“2013中國光學重要成果”。不僅如此，劉輝還受邀參加幾個國際會議并作報告，介紹他們的工作和進展。

早期設計的超構材料的折射率都是均勻分布的，光子在超構材料中都是沿著直線傳播。后來，人們將超構材料的設計方法進行推廣后發現，如果控制折射率是非均勻分布，可以使光線彎曲傳播，由此可以設計出許多有趣的變換光學效應，實現各種新奇的應用，比如電磁隱身衣、光學引力場等。雖然變換光學的理論方法聽起來簡單可行，但在實際材料中實現起來，卻是非常地困難。

具體到光波段變換光學超構材料研究中，劉輝的思路是，通過控制材料的宏觀參數來控制波的傳播，具體到光學超構材料上，是通過控制材料的折射率，來控制光的傳播。在這一前沿領域，劉輝不畏未知的風險，挑戰了一項有趣的課題——利用變換光學材料來模擬天體引力場的彎曲時空，實現廣義相對論所預言的引力透鏡效應�？茖W的想法很多在存在于理論之中，將之付諸實踐需要科學家的實力，更需要勇氣，這一挑戰在幾年前，就有人提出過相關的理論模型，卻并沒有人在實驗室完成過。

這3年來，為了在光波段變換光學的實驗技術方面取得突破，劉輝指導學生盛沖嘗試了各種制備工藝。通過不斷嘗試，最終在實驗中，他們沒有采用結構單元設計，而是采用平面波導來制作變換光學器件；通過光刻膠的旋涂工藝制作厚度變化的波導，以此來控制折射率分布。通過這種技術，他們在一塊微小的光子芯片上，實現了折射率具有類似中心引力場分布的變換光學微腔，并終于找到了一種非常有效的方法來實現光波段變換光學器件。值得一提的是，實驗結果與理論很好的符合，很好地印證了理論的科學性。

提到這項研究的前景和意義，劉輝告訴記者，與以前的大多數窄帶共振光學微腔相比，非共振光學微腔具有寬波段特性，可以捕獲較寬的連續波段內的光子，這也發展了光學微腔一種新的功能，可以應用于光子芯片上的寬波段激光器、光電探測、光伏器件等。

現在，他們將這項工作總結成文，發表在《自然—光子學》上，在國際上引起了高度關注，包括《自然》、《科學美國人》雜志、英國《新科學家》雜志、國際著名物理網站Phys.Org等主流的國際科學媒體對此進行了報道，評價他們的工作“第一次精確地在光子器件中模擬愛因斯坦廣義相對論引力透鏡效應”“第一次在光子芯片上，用簡單的實驗，精確而漂亮地演繹了愛因斯坦廣義相對論所描述的部分思想”“用一種獨特的光學結構模擬天體動力學性質”“科學家在實驗室模擬天體扭曲光線”。同時，國內專家也給予了密切關注，《物理》雜志為此邀請劉輝撰寫封面文章。

科研精神一脈相承

從世界格局來看，高端人才已經成為國家能否處于世界前列的決定性因素，誰能夠擁有一批國際級的拔尖人才，誰就能占據科技創新的制高點。

在劉輝還在南京大學物理學院攻讀研究生時，導師祝世寧院士學風嚴謹、工作踏實的精神潛移默化地感染學生時代的他。恩師鄭重地告訴他，教育永遠是比科研更重要的事情�？蒲械哪康氖浅龀晒�，教育的目的是培養人才，從長遠的角度看，培養人才比出科研成果更重要。如今，已成為南京大學的教師和研究生導師的劉輝認為，需要培養的應該是研究型人才，僅僅上課傳授知識是遠遠不夠的，需要通過高水平的科研直接訓練學生。

恩師的言傳身教，讓他懂得了如何成為一名優秀教師。因此，他非常重視老師與學生的交流，他認為，經常與學生談談自己對光學超構材料現狀的認識、未來的發展，可以激發學生對這個研究課題的興趣。另外，劉輝也會帶學生參加國際會議、聽學術報告，開闊他們的研究視野，認識這個領域中的一些優秀學者。他鼓勵學生多獨立思考，并提出自己的想法，并耐心地與他們討論，指出其中不足，也找出有價值之處。在實驗中，學生是主角，他只是在一旁指導和討論。只有在學生完全不會的情況下，他才動手幫助其完成。劉輝說：“培養學生需要注意的關鍵問題是，既要不時地督促學生，同時又要有耐心，要給予學生一定的空間，讓他們自主的學習和提高。”

除去老師的身份，劉輝把自己定義為是一個“實驗工作者”，于他來說，科研創新就是花好幾年時間去實現哪些聰明而富洞見的科學家在幾十秒鐘靈光一現而產生的想法。為此，他不得不耐心地解決各種復雜和繁瑣的實驗問題。當把所有實驗環節都打通了，一項完整的科研創新工作就會水到渠成。而這個過程，需要團隊協作，需要耐得住寂寞，經受得住失敗的考驗。

愛迪生曾經說過，天才是1%的靈感，加上99%的汗水。對這句話，劉輝的感受愈加深刻。“提出想法的過程很快，也許就是靈光一現，但要在實驗中做出來，需要漫長而艱苦的努力。”在大多數情況下，劉輝不能很順利地完成整個實驗，常常不得不為解決一個實驗環節問題花好幾個星期，或者幾個月，甚至幾年時間。“我有時與學生搭一個測量光路，不得不花一個上午尋找一個合適的螺絲釘；而當我們實驗剛剛有眉目的時候，實驗室的鍍膜儀壞了，我們不得不花好幾個月時間聯系國外的工程師維修；而在有些情況下，我們有一個實驗依據做了半年，發現其中一個技術環節在現有條件下無法實現，因此我們不得不放棄半年多的努力。”

科研創新就是：嘗試—失敗—思考—再嘗試，如此循環，直到最后成功。今年，劉輝有幸獲得國家杰出青年基金資助，這為他的科研發展注入了強勁的動力。在這條科研苦旅上，劉輝享受著過程，也品嘗著甘甜。

來源：科學中國人 2014年第12期