[論文レビュー] Valley-protected backscattering suppression in silicon photonic graphene

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

Topological Materials and Phenomena参考文献 26被引用数 111

ひとこと要約

本論文は、全誘電性のシリコンフォトニックグラフェンにおける谷自由度を分析し、谷依存のエッジ状態とZ字型折れ角における後方散乱の抑制を示す。バンドギャップ開口は反転対称性の破れと非ゼロ谷Chern数に関連する。

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.

研究の動機と目的

• シリコンフォトニックグラフェンにおける谷自由度がどのようにバックショアリング抑制を可能にするかを調査する。
• 谷Chern数の観点から、反転対称性の破れによるバンドギャップ開口を理解する。
• 反対の軌道角モーメントを持つバルク谷モードを明らかにする。
• Z字型の曲げ部を取り巻く谷依存のエッジ状態を実証する。
• フォトニックディラックハミルトニアンを用いたトポロジー転移を示す。

提案手法

• 非ゼロ谷Chern数の観点から、反転対称性の破れによるフォトニックバンドギャップの開口を再検討する。
• 時間変化する電場を調べて、反対の軌道角モーメントを持つバルク谷モードを識別する。
• フォトニックディラックハミルトニアンを用いてトポロジー転移を記述する。
• Z字型曲がり波導周辺で谷依存のエッジ状態と谷保護された後方散乱抑制を実証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 シリコンフォトニックグラフェンにおける反転対称性の破れは、どのようにして非ゼロ谷Chern数につながるのか？
• RQ2 バルク谷モードの特徴とそれらの軌道角モーメントは何か？
• RQ3 谷依存のエッジ状態はZ字型の曲がり部で後方散乱抑制を提供するか？
• RQ4 この系におけるトポロジー転移を、フォトニックディラックハミルトニアンはどのように示すことができるか？

主な発見

• バンドギャップの開口は、反転対称性の破れと非ゼロ谷Chern数に関連している。
• バルク谷モードは反対の軌道角モーメントを有する。
• フォトニックディラックハミルトニアンは系のトポロジー転移をモデル化する。
• 谷依存のエッジ状態はZ字型の曲がり部周辺での後方散乱抑制を可能にする。