[논문 리뷰] Valley-protected backscattering suppression in silicon photonic graphene

Xiao‐Dong Chen, Jian‐Wen Dong|arXiv (Cornell University)|2016. 02. 10.

Topological Materials and Phenomena참고 문헌 26인용 수 111

한 줄 요약

본 논문은 모든-유전적인 실리콘 광자 그래핀에서 밸리 자유도를 분석하고, 밸리 의존 에지 상태와 Z자형 굴곡에서의 백트래싱 억제를 보이며, 밴드갭 개방이 반전 대칭성 파괴와 0이 아닌 밸리 Chern 수와 연관됨을 밝힌다.

ABSTRACT

In this paper, we study valley degree of freedom in all dielectric silicon photonic graphene. Photonic band gap opening physics under inversion symmetry breaking is revisited by the viewpoint of nonzero valley Chern number. Bulk valley modes with opposite orbital angular momentum are unveiled by inspecting time-varying electric fields. Topological transition is well illustrated through photonic Dirac Hamiltonian. Valley dependent edge states and the associated valley-protected backscattering suppression around Z-shape bend waveguide have been demonstrated.

연구 동기 및 목표

• 밸리 자유도가 실리콘 광자 그래핀에서 백트래싱 억제를 가능하게 하는지 조사한다.
• 밸리 Chern 수 관점에서 반전 대칭성 파괴를 통해 밴드갭 개방을 이해한다.
• 오비탈 각운동량이 반대인 벌크 밸리 모드를 나타낸다.
• Z자형 굴곡 주변에서 밸리 의존 에지 상태를 나타낸다.
• 광자 Dirac 해밀토니안을 사용한 위상 전이를 설명한다.

제안 방법

• 비제로 밸리 Chern 수의 관점에서 반전 대칭성 파괴를 통해 광자 밴드갭 개방을 재조명한다.
• 시간에 따라 변화하는 전기장을 조사하여 반대의 오비탈 각운동량을 가진 벌크 밸리 모드를 식별한다.
• 광자 Dirac 해밀토니안을 사용하여 위상 전이를 설명한다.
• Z-자형 굴곡 웨이브가이드 주변에서 밸리 의존 에지 상태와 밸리 보호 백트래싱을 시연한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실리콘 광자 그래핀에서 반전 대칭성 파괴가 0이 아닌 밸리 Chern 수를 이끌어내는 방식은 무엇인가?
• RQ2 벌크 밸리 모드의 특성과 그들의 오비탈 각운동량은 무엇인가?
• RQ3 밸리 의존 에지 상태가 Z자형 굴곡에서 백트래싱 억제를 제공하는가?
• RQ4 광자 Dirac 해밀토니안이 이 시스템의 위상 전이를 어떻게 보여주는가?

주요 결과

• 밴드갭 개방은 반전 대칭성 파괴와 0이 아닌 밸리 Chern 수와 연결된다.
• 벌크 밸리 모드는 반대의 오비탈 각운동량을 가진다.
• 이 시스템의 위상 전이는 광자 Dirac 해밀토니안으로 모델링된다.
• 밸리 의존 에지 상태는 Z자형 굴곡에서 백트래싱 억제를 가능하게 한다.