Fotoniczny izolator topologiczny
Fotoniczne izolatory topologiczne to sztuczne materiały elektromagnetyczne, które obsługują topologicznie nietrywialne, jednokierunkowe stany światła. Fotoniczne fazy topologiczne są klasycznymi analogami fal elektromagnetycznych faz topologicznych elektronów badanych w fizyce materii skondensowanej . Podobnie jak ich elektroniczne odpowiedniki, mogą zapewnić solidne jednokierunkowe kanały do propagacji światła.
Dziedzina, która bada te fazy światła, nazywana jest fotoniką topologiczną , mimo że częstotliwość robocza tych elektromagnetycznych izolatorów topologicznych może mieścić się w innych częściach widma elektromagnetycznego, takich jak zakres mikrofal.
Historia
Porządek topologiczny w układach ciała stałego był badany w fizyce materii skondensowanej od czasu odkrycia całkowitoliczbowego kwantowego efektu Halla . Ale materia topologiczna wzbudziła duże zainteresowanie społeczności fizyków po propozycjach możliwych obserwacji faz topologicznych chronionych przed symetrią (lub tzw .
W 2008 roku Haldane i Raghu zaproponowali, że jednokierunkowe stany elektromagnetyczne analogiczne do (całkowitych) kwantowych stanów Halla mogą być realizowane w nieodwrotnych magnetycznych kryształach fotonicznych . Przewidywanie to zostało po raz pierwszy zrealizowane w 2009 roku w zakresie częstotliwości mikrofalowych. Następnie pojawiły się propozycje analogicznych kwantowych spinowych stanów Halla fal elektromagnetycznych, które są obecnie znane jako fotoniczne izolatory topologiczne.
Platformy
Fotoniczne izolatory topologiczne są projektowane przy użyciu różnych platform fotonicznych, w tym optycznych układów falowodowych, sprzężonych rezonatorów pierścieniowych, bi-anizotropowych metamateriałów i kryształów fotonicznych. Niedawno zostały one zrealizowane w metapowierzchniach dielektrycznych i plazmonicznych 2D.
Numer Cherna
Jako ważna postać zasługi dla scharakteryzowania skwantowanych zbiorowych zachowań funkcji falowej, liczba Cherna jest niezmiennikiem topologicznym kwantowych izolatorów Halla. Liczba Cherna identyfikuje również właściwości topologiczne fotonicznych izolatorów topologicznych (PTI), dlatego ma kluczowe znaczenie w projektowaniu PTI. Napisano pełnofalowy program MATLAB oparty na metodzie różnic skończonych w dziedzinie częstotliwości (FDFD) do obliczania liczby Cherna. Niedawno metoda różnic skończonych została rozszerzona o analizę niezmiennika topologicznego niehermitowskich topologicznych dielektrycznych kryształów fotonicznych za pomocą obliczeń pierwszej zasady pętli Wilsona.