这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

作者及研究机构
本研究由Qiang Wang、Meng Xiao、Hui Liu、Shining Zhu和C. T. Chan共同完成。研究团队分别来自南京大学固体微结构物理国家重点实验室、南京大学物理学院以及香港科技大学物理系和高等研究院。研究于2016年1月21日发表在《Physical Review B》期刊上，文章标题为“Measurement of the Zak Phase of Photonic Bands Through the Interface States of a Metasurface/Photonic Crystal”。

学术背景
研究的主要科学领域是光子学（Photonics）和拓扑物理学（Topological Physics）。拓扑不变量（Topological Invariant）在现代物理学中扮演着越来越重要的角色，尤其是在拓扑绝缘体（Topological Insulators）等新材料的发现之后。Zak相位（Zak Phase）作为一维Bloch带（Bloch Bands）的拓扑性质标签，是Berry相位（Berry Phase）的一种特殊形式。然而，拓扑不变量的测量一直是一个挑战，因为它是抽象概念，难以直接观察。近年来，尽管在冷原子系统和声学系统中实现了拓扑不变量的测量，但在电磁波系统中的测量方法仍较为有限。本研究旨在提出一种新的实验方法，通过界面态（Interface States）测量光子系统中的Zak相位，并探索其在光子晶体（Photonic Crystal, PC）和超表面（Metasurface）中的应用。

研究流程
研究分为以下几个主要步骤：
1. 系统设计与理论分析
研究团队设计了一个由金属薄膜（或超表面）和光子晶体组成的系统，用于支持界面态。光子晶体的单元结构由HfO₂和SiO₂层交替组成，层厚分别为177.6 nm和579.8 nm，单元长度为935 nm。通过计算能带色散（Band Dispersion），研究确定了两个能带（第三和第四能带）和三个带隙（第二、第三和第四带隙）。Zak相位的定义依赖于能带的拓扑性质，特别是带隙两侧的界面态的存在与否。
2. Zak相位的计算与验证
研究团队通过公式计算了Zak相位，并利用能带边缘态（Band Edge States）的对称性验证了其值。由于单元结构具有镜像对称性，能带边缘态的对称性（偶对称或奇对称）可用于推断Zak相位。具体而言，如果同一能带的两个边缘态具有相同对称性，Zak相位为0；否则为π。
3. 界面态的实验测量
通过反射光谱测量，研究团队确定了带隙中界面态的存在。实验中使用了一个包含12个周期的光子晶体样品，并在其上沉积了一层70 nm厚的银膜。界面态的存在通过反射光谱中的尖锐下降（Dip）来表征。研究结果表明，在第三和第四带隙中存在界面态，而在第二带隙中不存在。
4. 超表面/光子晶体系统的调控
为了进一步调控界面态的激发频率和偏振，研究团队将金属薄膜替换为超表面。超表面由亚波长银光栅和一层55 nm厚的Si₃N₄薄膜组成。通过改变光栅的狭缝宽度，研究团队成功实现了对界面态频率和偏振的调控。

主要结果
1. Zak相位的计算结果
计算结果显示，第三能带的Zak相位为0，第四能带的Zak相位为π。这一结果与界面态的存在情况一致，验证了Zak相位与带隙拓扑性质的关系。
2. 界面态的实验验证
反射光谱测量表明，第三和第四带隙中存在界面态，而第二带隙中不存在。这一结果进一步支持了Zak相位的计算结果。
3. 超表面/光子晶体系统的调控效果
实验和数值模拟结果表明，通过改变超表面的结构参数，可以实现对界面态频率和偏振的精确调控。特别是，对于y偏振（电场沿y方向），界面态的存在受到保护，且频率可调；而对于x偏振（电场沿x方向），当狭缝宽度超过100 nm时，界面态消失。

结论及意义
本研究提出了一种通过界面态测量Zak相位的实验方法，并成功应用于光子晶体和超表面系统。研究不仅验证了Zak相位与带隙拓扑性质的关系，还展示了通过超表面调控界面态的潜力。这一方法为拓扑光子学（Topological Photonics）的研究提供了新的工具，并为光子器件的设计开辟了新的途径。例如，界面态的高场强增强特性可用于量子点自发辐射控制、单光子源实现和纳米激光器等应用。

研究亮点
1. 创新性方法
研究提出了一种通过界面态测量Zak相位的新方法，避免了传统方法中复杂的反射相位测量或能带边缘态对称性识别。
2. 多功能调控
通过引入超表面，研究实现了对界面态频率和偏振的灵活调控，展示了其在光子器件中的潜在应用价值。
3. 理论与实验的结合
研究不仅通过理论计算验证了Zak相位的拓扑性质，还通过实验测量和数值模拟验证了结果的可靠性。

其他有价值的内容
研究还讨论了界面态的保护机制及其与光子晶体镜像对称性的关系，为进一步研究拓扑光子学中的体-边界对应（Bulk-Edge Correspondence）提供了新的视角。

以上报告全面介绍了该研究的内容、方法和意义，为相关领域的研究者提供了详细的参考。