二维光子拓扑的普遍性
介观与纳米尺度物理
2023-07-31 v1 光学
摘要
光子晶体的拓扑特性近年来成为研究热点。尽管如此，光子能带拓扑是罕见还是丰富——即其相对普遍性——这一基本问题仍未被探讨。在此，我们在 11 种二维晶体对称设置中确定了稳定、脆弱与高阶光子拓扑的普遍性，这些设置允许通过对称性分析诊断上述一种或多种现象。我们的判定基于一个包含 550000 个随机采样双色光子晶体的数据集，涵盖 11 种对称设置与 5 种介电常数对比度，并在横向电场（TE）与横向磁场（TM）偏振下考察。我们报道了在时间反演对称性存在时非平庸光子拓扑的丰度，发现稳定、脆弱与高阶拓扑通常都是丰富的。在首个带隙以下（其为首要实验关注区），我们发现稳定拓扑在 TE 偏振中比 TM 更普遍；仅微弱但单调地依赖于介电常数对比度；且脆弱拓扑近乎缺失。在无时间反演对称性时，非平庸陈数相在具有 2、4 和 6 重旋转对称性的光子晶体中同样丰富，但在仅具 3 重对称性的设置中相对稀少。我们的结果阐明了对称性、介电常数对比度、电磁偏振与时间反演破缺在催生拓扑光子相中的相互作用，并可为其实实验实现的通用设计原则提供指引。
引用
@article{arxiv.2307.15701,
title = {Prevalence of two-dimensional photonic topology},
author = {Ali Ghorashi and Sachin Vaidya and Mikael Rechtsman and Wladimir Benalcazar and Marin Soljačić and Thomas Christensen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.15701},
year = {2023}
}