科学家构建了一种新的光拓扑绝缘体可克服缺陷

 定制案例     |      2022-03-03 11:15
本文摘要:缺失无非是让人头痛的一个东西,它往往是材料/器件中绕行不出的障碍或陷阱。那么是不是知道对缺失毫无办法?倒也不是,流形维护之后能消弭缺失对边界态的影响,使边界态畅通无阻。 南京大学卢明辉和陈延峰教授课题组建构了一种新的光流形绝缘体,其以压电/压磁超强晶格材料为单元,构建了类磁矩-轨道耦合。人工设计的赝时间反演对称性使得边界态免遭因缺失不存在而再次发生腹光线。 这一工作为它种流形光子态的研究获取了非常丰富的糅合。

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缺失无非是让人头痛的一个东西,它往往是材料/器件中绕行不出的障碍或陷阱。那么是不是知道对缺失毫无办法?倒也不是,流形维护之后能消弭缺失对边界态的影响,使边界态畅通无阻。

  南京大学卢明辉和陈延峰教授课题组建构了一种新的光流形绝缘体,其以压电/压磁超强晶格材料为单元,构建了类磁矩-轨道耦合。人工设计的赝时间反演对称性使得边界态免遭因缺失不存在而再次发生腹光线。

这一工作为它种流形光子态的研究获取了非常丰富的糅合。  流形绝缘体的概念首先是在电子系统中明确提出并构建的,其具备体力带上绝缘和边界态导通的特征,不存在一对磁矩瞄准并且不受时间反演对称性维护的单向传播边界态。

最近几年来,光子系统的流形性质也引发了人们的很大注目。  众所周知,光子是磁矩为1的玻色子,其时间反演波函数Tb(Tb2=1)与电子(磁矩为1/2的费米子)的时间反演波函数Tf(Tf2=-1)具备本质区别。电子流形绝缘体的经常出现与费米子时间反演造成的Kramers晶格涉及,而光子系统的时间反演却不符合Kramers晶格。

在此种条件下,光子系统否具备不受时间反演对称性(Tb)维护的边界态?这是一个具有根本性的问题。  图(a)光偏振庞加勒球以及左、右旋光态。

(b)基于压电(PE)/压磁(PM)超强晶格包含的光子晶体光流形绝缘体。  最近,南京大学卢明辉和陈延峰教授课题组明确提出了一种基于压电/压磁超强晶格包含的时间反演破缺光流形绝缘体模型,研究了这个系统中光子的流形性质。

他们找到其中光子边界态仍然像电子系统中那样不受时间反演对称性维护,取而代之的是一种人工结构的赝时间反演波函数Tp(Tp2=-1)维护的边界态。涉及成果公开发表于《美国科学院院报》[C.Heetal.,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.113,4924(2016)]上。

  压电/压磁超强晶格包含的光子晶体具备内在的磁化方向,因而毁坏了时间反演对称性。当光入射光时,超强晶格的晶格振动将与之耦合构成极化激元。

该极化激元具备偏振依赖性:左旋光(LCP)和右旋光(RCP)与超强晶格耦合所构成的极化激元具备大小完全相同但符号忽略的耦合系数,即偏振-轨道耦合(转换电子的磁矩-轨道耦合),经历忽略的等效规范场,从而构建光流形绝缘体。更为重要的是,其中的磁电耦合使得左、右旋光符合与Tf波函数类似于的人工对称性(赝时间反演波函数Tp),保证了Kramers晶格。理论和仿真分析证明:光流形绝缘体的流形性质不受赝时间反演对称性Tp维护,而不是一般来说指出的玻色子时间反演对称性Tb。

  图四种有所不同类型杂质检验边界态背散射诱导的鲁棒性:(a)Tb忍补,Tp破缺(单轴介质杂质);(b)Tb,Tp皆破缺(Tellegen杂质);(c)Tb忍补,Tp破缺(手性杂质);(d)Tb,Tp皆忍补(手性杂质)。  该团队侧重对称性这一流形绝缘体研究中最本质和关键的问题,明确提出:玻色子时间反演平面条件对设计和结构光流形绝缘体而言,既不必要也不充份。

时间反演平面与否只是体现系统否必须另加磁场或不存在内在磁化。获释这一条件,就可以利用更加多种维度,结构更加更容易在光子系统中构建和调控的新的流形光子态。  这一研究结果的创新性在于:1.获取了一种新的光流形绝缘体设计方案,它需要利用左旋光和右旋光作为光子的类磁矩维度;2.明确提出结构玻色子流形绝缘体的前提条件是人工结构一个对称性Tp;3.首次认为维护玻色子流形绝缘体的基本平面操作者是Tp,而非玻色子时间反演本身Tb。


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