四极拓扑光子晶体
光学
2020-07-15 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
四极拓扑相表现出受保护的边界态，而这些边界态本身又是低维的拓扑绝缘体，近来引起了极大兴趣。将这些思想从当前的紧束缚模型推广到实际材料的连续介质理论，需要确定描述体四极序的量子化不变量。在此，我们确定了光子晶体（PhC）的麦克斯韦方程组中四极序的对应物，并识别出通过能带反转过程形成的四极拓扑光子晶体。与先前依赖穿入磁通的研究不同，我们的四极矩纯粹由晶体对称性量子化，我们通过三种独立方法予以确认：对称性本征值分析、嵌套 Wannier 能带的数值计算，以及四极算符的期望值。此外，通过 Wannier 能带的体-边对应，我们揭示了非平庸四极相在边界上的表现：边缘处的量子化极化与角上的束缚态。最后，我们将非平庸角态与量子化分数角电荷和填充反常的涌现现象相联系，后者最早在电子系统中被预言。我们的工作为进一步探索纳米光子系统中的高阶拓扑相铺平了道路，并且我们诱导四极相变的方法也适用于其他波系统，如电子、声子和极化激元。
引用
@article{arxiv.1911.03980,
title = {Quadrupole Topological Photonic Crystals},
author = {Li He and Zachariah Addison and Eugene J. Mele and Bo Zhen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1911.03980},
year = {2020}
}