东南大学《Nature》+2！

近日

东南大学团队两篇学术成果

登上国际顶级期刊《Nature》

造出全新拓扑光子“高速路”

东南大学全国重点实验室电磁超材料团队崔晓晗教授、南京大学张若洋副教授联合香港科技大学陈子亭教授团队，提出并实现了一种新型拓扑光子波导——无绝缘体拓扑光子多通道高速公路，相关成果发表于国际顶级期刊《Nature》。该研究针对传统拓扑光子波导中拓扑保护与空间利用率难以兼顾的问题，提供了一种新的解决思路。

随着光通信和光子计算不断发展，如何在有限面积内容纳更多通道并减少反射和串扰，成为集成光子学的重要问题。拓扑光波导虽然能够帮助光绕过缺陷和急弯，却需要较宽的光子绝缘体区域提供拓扑保护和光场约束，这些区域不参与传输，限制了器件的空间利用率。

可以把传统拓扑波导想象成一条被宽厚隔离带包围的专用道路：车辆行驶稳定，但真正用于通行的路面只占一小部分。此次研究构建的“光子高速路”则更像多车道紧密排列的高速公路——每个通道既传输自身信号，也是邻近通道的“护栏”，因此无需额外设置大面积隔离层。

其背后物理基础是团队设计的四种特殊光子晶体——光子谷半准金属。它的两个能谷自由度一个表现为无带隙的狄拉克准金属，而另一个则表现为拓扑绝缘体，因此可同时扮演波导和拓扑光子绝缘层的双重角色。将四种谷半准金属按照特定顺序排列后，可以形成四条空间上并行的单向通道。不同通道相互协同，在保证每个区域拓扑单向传输的同时实现了100% 的空间利用率。

团队在微波频段搭建实验平台，验证了四个单向导波通道，并展示了电磁波通过60°、90°和120°急弯时仍能沿预定通道单向传播，反向散射和通道串扰受到有效抑制。与传统拓扑波导中光主要集中在狭窄界面附近不同，新结构中的波可以分布在整个通道内。因此，通过改变通道的宽度和形状，还可以使场分布发生展宽、压缩或横向移动，为在紧凑空间内同时实现信号传输和波场形貌调控提供了新的可能。

这项成果在基础研究上突破了拓扑光传输依赖材料边界或界面的传统框架，开辟了利用整个区域并行且单向鲁棒导光的新路径；在应用层面，有望为高密度光子芯片提供新方案，减少无效空间、提高通道密度和信息承载能力。据团队介绍，该技术未来可拓展至通信光、太赫兹等多个实用频段。不过要真正落地应用，还需要解决材料损耗、器件耦合、与光芯片功能元件集成等工程难题。

此次跨校联合攻关是我国拓扑光子学与集成光子学领域的重要原创进展，为兼顾“稳定传输”与“高密度集成”提供了新的底层物理方案，也为面向下一代高速光通信、片上光子计算的自主创新积累了理论与技术基础。

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陈子亭为论文通讯作者，崔晓晗和张若洋为论文共同第一作者和共同通讯作者。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10817-9

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钙钛矿光伏电池新突破

东南大学材料科学与工程学院张天恺教授联合苏州大学李耀文教授、陈先凯教授团队，提出一种新型钙钛矿光伏电池界面层设计策略——具有强“电子共振”结构的单分子层，相关成果发表于国际顶级期刊《自然》。该研究针对传统界面单分子层本征锚定强度低导致钙钛矿电池在严苛条件稳定性差的问题，提供了一种新的解决思路。

钙钛矿电池轻薄可弯折，能做成柔性发电薄膜，可用于穿戴设备、建筑墙面、太空与极地能源供给，是下一代光伏核心技术。但长期以来，电池内部一层仅单分子厚度的电荷提取界面极易脱落，产生大量缺陷，高温、冷热交替环境下发电效率快速下滑，成为规模化落地最大阻碍。

目前研究者们多通过增加分子点位、空间阻隔等方式缓解老化，针对单分子层在基底上本征锚定强度的研究和设计尚未开展。本次团队另辟蹊径，设计“给体-受体-给体”电子共振分子结构，放大锚定基团电子云密度，缩短并加固分子与基底的连接共价键，让界面分子牢牢“粘”在基底上，同时分子铺展更均匀，兼顾发电效率与长期稳定。

团队设计了两个三苯胺电子给体和一个氰基磷酸电子受体的单分子层结构，与简单的非“电子共振”单分子层相比，其锚定基团氰基磷酸部分电子云密度更高，从而有效增强了单分子层与基底的锚定强度，器件在-40℃~85℃宽幅温度循环、85℃高温光照等多种严苛运行条件下的稳定性均得到了大幅提升，为钙钛矿太阳能电池拓展极地，太空等应用场景提供了可能。

在应用层面，全新的“电子共振”单分子层在0.063cm2小面积器件和15.64cm2模组器件上分别实现了27.69%和23.63%的认证器件效率，封装器件在多种严苛老化条件下的运行稳定性均实现了突破性增长。同时，该单分子层设计策略在柔性钙钛矿电池器件上的普适性也得到了可靠验证。

《自然》审稿专家表示，这项研究厘清了单分子层电子排布与界面牢固度的内在关联，开创电子共振分子设计全新思路，为极端环境光伏设备提供底层化学方案。该成果将助力我国新能源产业升级，为 “双碳” 目标落地提供技术储备。