Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Фотонные топологические изоляторы - это искусственные электромагнитные материалы, которые поддерживают топологически нетривиальные однонаправленные состояния света. [1] Фотонные топологические фазы представляют собой классические электромагнитные волновые аналоги электронных топологических фаз, изучаемые в физике конденсированного состояния . Подобно своим электронным аналогам, они могут обеспечивать надежные однонаправленные каналы для распространения света. [2]

Поле, изучающее эти фазы света, называется топологической фотоникой , хотя рабочая частота этих электромагнитных топологических изоляторов может попадать в другие части электромагнитного спектра, такие как микроволновый диапазон. [3]

История [ править ]

Топологический порядок в твердотельных системах изучается в физике конденсированного состояния с момента открытия целочисленного квантового эффекта Холла . Но топологическое дело вызвало значительный интерес со стороны сообщества физиков после предложений возможного наблюдения симметрии защищенных топологических фаз (или так называемых топологических изоляторов ) в графене , [4] и экспериментальное наблюдение 2D - топологический изолятор в CdTe / HgTe / Квантовые ямы CdTe в 2007 году. [5] [6]

В 2008 году Холдейн и Рагху предположили, что однонаправленные электромагнитные состояния, аналогичные (целочисленным) квантовым состояниям Холла, могут быть реализованы в невзаимных магнитных фотонных кристаллах . [7] За этим последовали предложения об аналогичных квантовых спиновых холловских состояниях электромагнитных волн, которые теперь известны как фотонные топологические изоляторы. [8] [3]

Платформы [ править ]

Фотонные топологические изоляторы разработаны с использованием различных фотонных платформ, включая связанные кольцевые резонаторы, [9] бианизотропные метаматериалы , связанные оптические волокна и фотонные кристаллы. [10] Совсем недавно они были реализованы в двумерных диэлектрических [11] и плазмонных [12] метаповерхностях.

Номер Черна [ править ]

Как важный показатель качества для характеристики квантованного коллективного поведения волновой функции, число Черна является топологическим инвариантом квантовых холловских изоляторов. Число Черна также определяет топологические свойства фотонных топологических изоляторов (PTI), поэтому оно имеет решающее значение при проектировании PTI. Написана программа MATLAB на основе метода двухполупериодной конечно-разностной частотной области (FDFD) для вычисления числа Черна. [13]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Лу, Линг; Joannopoulos, John D .; Солячич, Марин (ноябрь 2014 г.). «Топологическая фотоника». Природа Фотоника . 8 (11): 821–829. arXiv : 1408,6730 . Bibcode : 2014NaPho ... 8..821L . DOI : 10.1038 / nphoton.2014.248 . ISSN  1749-4893 . S2CID  119191655 .
  2. ↑ Одзава, Томоки; Прайс, Ханна М .; Амо, Альберто; Гольдман, Натан; Хафези, Мохаммад; Лу, Линг; Rechtsman, Mikael C .; Шустер, Дэвид; Саймон, Ионафан; Зильберберг, Одед; Карузотто, Якопо (25 марта 2019 г.). «Топологическая фотоника». Обзоры современной физики . 91 (1): 015006. arXiv : 1802.04173 . Bibcode : 2019RvMP ... 91a5006O . DOI : 10.1103 / RevModPhys.91.015006 . S2CID 10969735 . 
  3. ^ а б Ханикаев Александр Б .; Хоссейн Мусави, С .; Цзе, Ван-Конг; Каргарян, Мехди; MacDonald, Allan H .; Швец, Геннадий (март 2013). «Фотонные топологические изоляторы». Материалы природы . 12 (3): 233–239. arXiv : 1204,5700 . Bibcode : 2013NatMa..12..233K . DOI : 10.1038 / nmat3520 . ISSN 1476-4660 . PMID 23241532 .  
  4. ^ Кейн, CL; Меле, EJ (23 ноября 2005 г.). «Квантовый спиновый эффект Холла в графене». Письма с физическим обзором . 95 (22): 226801. arXiv : cond-mat / 0411737 . Bibcode : 2005PhRvL..95v6801K . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.95.226801 . PMID 16384250 . S2CID 6080059 .  
  5. ^ Берневиг, Б. Андрей; Hughes, Taylor L .; Чжан, Шоу-Чэн (15 декабря 2006 г.). «Квантовый спиновый эффект Холла и топологический фазовый переход в квантовых ямах HgTe». Наука . 314 (5806): 1757–1761. arXiv : cond-mat / 0611399 . Bibcode : 2006Sci ... 314.1757B . DOI : 10.1126 / science.1133734 . ISSN 0036-8075 . PMID 17170299 . S2CID 7295726 .   
  6. ^ Хасан, штат Массачусетс; Кейн, CL (8 ноября 2010 г.). «Коллоквиум: Топологические изоляторы» . Обзоры современной физики . 82 (4): 3045–3067. arXiv : 1002,3895 . Bibcode : 2010RvMP ... 82.3045H . DOI : 10.1103 / RevModPhys.82.3045 . S2CID 16066223 . 
  7. ^ Холдейн, FDM; Рагху, С. (10 января 2008 г.). «Возможная реализация направленных оптических волноводов в фотонных кристаллах с нарушенной симметрией обращения времени». Письма с физическим обзором . 100 (1): 013904. arXiv : cond-mat / 0503588 . Bibcode : 2008PhRvL.100a3904H . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.100.013904 . PMID 18232766 . S2CID 44745453 .  
  8. ^ Хафези, Мохаммад; Демлер, Юджин А .; Лукин, Михаил Д .; Тейлор, Джейкоб М. (ноябрь 2011 г.). «Прочные оптические линии задержки с топологической защитой». Физика природы . 7 (11): 907–912. arXiv : 1102,3256 . Bibcode : 2011NatPh ... 7..907H . DOI : 10.1038 / nphys2063 . ISSN 1745-2481 . S2CID 2008767 .  
  9. ^ Хафези, М .; Mittal, S .; Fan, J .; Migdall, A .; Тейлор, JM (декабрь 2013 г.). «Отображение топологических краевых состояний в кремниевой фотонике». Природа Фотоника . 7 (12): 1001–1005. arXiv : 1302.2153 . Bibcode : 2013NaPho ... 7.1001H . DOI : 10.1038 / nphoton.2013.274 . ISSN 1749-4893 . S2CID 14394865 .  
  10. ^ Ву, Лонг-Хуа; Ху, Сяо (3 июня 2015 г.). «Схема получения топологического фотонного кристалла с использованием диэлектрического материала». Письма с физическим обзором . 114 (22): 223901. arXiv : 1503.00416 . Bibcode : 2015PhRvL.114v3901W . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.114.223901 . PMID 26196622 . 
  11. ^ Горлач, Максим А .; Ни, Сян; Смирнова, Дарья А .; Коробкин Дмитрий; Жирихин Дмитрий; Слобожанюк, Алексей П .; Белов, Павел А .; Алё, Андреа; Ханикаев, Александр Б. (2 марта 2018 г.). «Зондирование в дальней зоне топологических состояний утечки в полностью диэлектрических метаповерхностях» . Nature Communications . 9 (1): 909. Bibcode : 2018NatCo ... 9..909G . DOI : 10.1038 / s41467-018-03330-9 . ISSN 2041-1723 . PMID 29500466 .  
  12. ^ Хонари-Латифпур, Мостафа; Юсефи, Лейла (2019). «Топологические плазмонные краевые состояния в плоском массиве металлических наночастиц» . Нанофотоника . 8 (5): 799–806. Bibcode : 2019Nanop ... 8..230H . DOI : 10,1515 / nanoph-2018-0230 . ISSN 2192-8614 . 
  13. ^ Чжао, Ран; Се, Го-Да; Се, Го-Да; Chen, Menglin LN; Лан, Чжихао; Хуанг, Чжисян; Хуанг, Чжисян; Ша, Вэй Э.И. (17.02.2020). «Первопринципный расчет числа Черна в гиротропных фотонных кристаллах» . Оптика Экспресс . 28 (4): 4638–4649. arXiv : 2001.08913 . Bibcode : 2020OExpr..28.4638Z . DOI : 10,1364 / OE.380077 . ISSN 1094-4087 . PMID 32121697 . S2CID 210911652 .    Отсутствует |author2=( помощь )