Fotonik topologik izolyator - Photonic topological insulator

Fotonik topologik izolyatorlar topologik jihatdan ahamiyatsiz, bir tomonlama nur holatlarini qo'llab-quvvatlovchi sun'iy elektromagnit materiallar.[1] Fotonik topologik fazalar elektronning klassik elektromagnit to'lqin analoglari topologik fazalar da o'qigan quyultirilgan moddalar fizikasi. Elektron analoglariga o'xshab, ular yorug'lik tarqalishi uchun mustahkam bir yo'nalishli kanallarni taqdim etishlari mumkin.[2]

Yorug'likning ushbu fazalarini o'rganadigan soha deyiladi topologik fotonika, bularning ishlash chastotasi bo'lsa ham elektromagnit topologik izolyatorlar elektromagnit spektrning boshqa qismlariga, masalan, mikroto'lqinli diapazonga tushishi mumkin.[3]

Tarix

Qattiq jismlar tizimidagi topologik tartib kashf etilgan kundan boshlab quyultirilgan moddalar fizikasida o'rganilgan butun kvant Hall effekti. Ammo simmetriya bilan himoyalangan topologik fazalarni kuzatish bo'yicha takliflardan keyin topologik masala fizika jamoatchiligida katta qiziqish uyg'otdi (yoki shunday deb ataladi) topologik izolyatorlar ) ichida grafen,[4] va 2007 yilda CdTe / HgTe / CdTe kvant quduqlarida 2D topologik izolyatorni eksperimental kuzatish.[5][6]

2008 yilda, Haldene va Raghu (butun son) kvant Hall holatiga o'xshash bir yo'nalishli elektromagnit holatlarni o'zaro bo'lmagan magnitda amalga oshirish mumkinligini taklif qildi. fotonik kristallar.[7] Buning ortidan analoglar bo'yicha takliflar keltirilgan kvant spin Xoll hozirda fotonik topologik izolyator sifatida tanilgan elektromagnit to'lqinlar.[8][3]

Platformalar

Fotonik topologik izolyatorlar turli xil fotonik platformalar, shu jumladan bog'langan halqa rezonatorlari yordamida ishlab chiqilgan[9], bi-anizotropik meta-materiallar, bog'langan optik tolalar va fotonik kristallar[10]. Yaqinda ular 2D dielektrikda amalga oshirildi[11] va plazmonik[12] meta-yuzalar.

Chern raqami

To'lqin funktsiyasining kvantlangan kollektiv xatti-harakatlarini tavsiflash uchun muhim fazilat sifatida Chern raqami kvant Hall izolyatorlarining topologik o'zgarmasidir. Chern soni, shuningdek, fotonik topologik izolyatorlarning (PTI) topologik xususiyatlarini aniqlaydi, shuning uchun u PTI dizaynida hal qiluvchi ahamiyatga ega. Chern raqamini hisoblash uchun MATLAB dasturi asosida to'liq to'lqinli sonli-farqli chastota-domen (FDFD) usuli yozildi[13].

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ Lu, Ling; Joannopulos, Jon D.; Soljačić, Marin (2014 yil noyabr). "Topologik fotonika". Tabiat fotonikasi. 8 (11): 821–829. arXiv:1408.6730. Bibcode:2014NaPho ... 8..821L. doi:10.1038 / nphoton.2014.248. ISSN  1749-4893. S2CID  119191655.
  2. ^ Ozava, Tomoki; Narx, Xanna M.; Amo, Alberto; Goldman, Natan; Xofizi, Muhammad; Lu, Ling; Rechtsman, Mikael S.; Shuster, Devid; Simon, Jonathan; Zilberberg, Oded; Karusotto, Yakopo (2019 yil 25 mart). "Topologik fotonika". Zamonaviy fizika sharhlari. 91 (1): 015006. arXiv:1802.04173. Bibcode:2019RvMP ... 91a5006O. doi:10.1103 / RevModPhys.91.015006. S2CID  10969735.
  3. ^ a b Xanikaev, Aleksandr B.; Xusseyn Musaviy, S.; Tse, Vang-Kong; Kargarian, Mehdi; Makdonald, Allan X.; Shvets, Gennadiy (2013 yil mart). "Fotonik topologik izolyatorlar". Tabiat materiallari. 12 (3): 233–239. arXiv:1204.5700. Bibcode:2013 yil NatMa..12..233K. doi:10.1038 / nmat3520. ISSN  1476-4660. PMID  23241532.
  4. ^ Keyn, C. L .; Mele, E. J. (2005 yil 23-noyabr). "Grafendagi kvant spin-xoll effekti". Jismoniy tekshiruv xatlari. 95 (22): 226801. arXiv:kond-mat / 0411737. Bibcode:2005PhRvL..95v6801K. doi:10.1103 / PhysRevLett.95.226801. PMID  16384250. S2CID  6080059.
  5. ^ Bernevig, B. Andrey; Xyuz, Teylor L.; Chjan, Shou-Cheng (2006 yil 15-dekabr). "HgTe kvant quduqlarida kvant spin-zal effekti va topologik fazali o'tish". Ilm-fan. 314 (5806): 1757–1761. arXiv:kond-mat / 0611399. Bibcode:2006 yil ... 314.1757B. doi:10.1126 / science.1133734. ISSN  0036-8075. PMID  17170299. S2CID  7295726.
  6. ^ Xasan, M. Z .; Kane, C. L. (2010 yil 8-noyabr). "Kollokvium: topologik izolyatorlar". Zamonaviy fizika sharhlari. 82 (4): 3045–3067. arXiv:1002.3895. Bibcode:2010RvMP ... 82.3045H. doi:10.1103 / RevModPhys.82.3045. S2CID  16066223.
  7. ^ Haldane, F. D. M.; Raghu, S. (2008 yil 10-yanvar). "Buzilgan vaqt-teskari simmetriya bilan fotonik kristallarda yo'naltirilgan optik to'lqin qo'llanmalarining amalga oshirilishi". Jismoniy tekshiruv xatlari. 100 (1): 013904. arXiv:cond-mat / 0503588. Bibcode:2008PhRvL.100a3904H. doi:10.1103 / PhysRevLett.100.013904. PMID  18232766. S2CID  44745453.
  8. ^ Xofizi, Muhammad; Demler, Evgeniy A .; Lukin, Mixail D .; Teylor, Jeykob M. (noyabr 2011). "Topologik himoya bilan mustahkam optik kechikish liniyalari". Tabiat fizikasi. 7 (11): 907–912. arXiv:1102.3256. Bibcode:2011 yilNatPh ... 7..907H. doi:10.1038 / nphys2063. ISSN  1745-2481. S2CID  2008767.
  9. ^ Xafezi, M .; Mittal, S .; Fan, J .; Migdal, A .; Teylor, J. M. (dekabr 2013). "Kremniy fotonikasida topologik chekka holatlarni tasvirlash". Tabiat fotonikasi. 7 (12): 1001–1005. arXiv:1302.2153. Bibcode:2013NaPho ... 7.1001H. doi:10.1038 / nphoton.2013.274. ISSN  1749-4893. S2CID  14394865.
  10. ^ Vu, Long-Xua; Xu, Xiao (2015 yil 3-iyun). "Dielektrik materialidan foydalanib topologik fotonik kristalga erishish sxemasi". Jismoniy tekshiruv xatlari. 114 (22): 223901. arXiv:1503.00416. Bibcode:2015PhRvL.114v3901W. doi:10.1103 / PhysRevLett.114.223901. PMID  26196622.
  11. ^ Gorlax, Maksim A .; Ni, Sian; Smirnova, Dariya A.; Korobkin, Dmitriy; Jirihin, Dmitriy; Slobozhanyuk, Aleksey P.; Belov, Pavel A.; Alù, Andrea; Xanikaev, Aleksandr B. (2018 yil 2-mart). "Barcha dielektrik metasurflardagi sızdırılan topologik holatlarni masofadan tekshirish". Tabiat aloqalari. 9 (1): 909. Bibcode:2018NatCo ... 9..909G. doi:10.1038 / s41467-018-03330-9. ISSN  2041-1723. PMID  29500466.
  12. ^ Honari-Latifpur, Mostafa; Yousefi, Leyla (2019). "Metall nanozarralarning planar massividagi plazmonik topologik holatlar". Nanofotonika. 8 (5): 799–806. Bibcode:2019Nanop ... 8..230H. doi:10.1515 / nanof-2018-0230. ISSN  2192-8614.
  13. ^ Chjao, Ran; Chjao, Ran; Xie, Guo-Da; Xie, Guo-Da; Chen, Menglin L. N .; Lan, Tsixao; Xuang, Tszixian; Xuang, Tszixian; Sha, Vey E. I. (2020-02-17). "Girotropik fotonik kristallarda Chern sonini birinchi printsipial hisoblash". Optika Express. 28 (4): 4638–4649. arXiv:2001.08913. Bibcode:2020OExpr..28.4638Z. doi:10.1364 / OE.380077. ISSN  1094-4087. PMID  32121697. S2CID  210911652.