[论文解读] Flat Band Emerging from the Exceptional Point of a PT Symmetric System

Hamidreza Ramezani|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

Quantum Mechanics and Non-Hermitian Physics被引用 1

一句话总结

本文展示了在PT对称光子晶格的奇异点处，可出现光子完全局域化的平坦能带，此时增益与损耗参数同时调控能带宽度与光子带隙。平坦能带模式对系统尺寸和边缘效应具有鲁棒性，实现了可控的光局域化，并提出了一种通过光学局域化探测非厄米性的新方法。

ABSTRACT

We demonstrate the emergence of an entire flat band embedded in dispersive bands at the exceptional point of a PT symmetric photonic lattice. For this to occur, the gain and loss parameter effectively alters the size of the partial flat band windows and band gap of the photonic lattice simultaneously. The mode associated with the entire flat band is robust against changes in the system size and survives even at the edge of the lattice. Our proposal offers a route for controllable localization of light in non-Hermitian systems and a technique for measuring non-Hermiticity via localization.

研究动机与目标

• 探索非厄米光子系统中平坦能带的出现，特别是奇异点处的情形。
• 理解增益与损耗参数如何影响平坦能带窗口大小与光子带隙大小。
• 在非厄米晶格中实现对系统尺寸不敏感的鲁棒光局域化，以期应用于集成光学。
• 通过平坦能带模式的局域化特性，建立非厄米性的可测量特征。

提出的方法

• 设计具有平衡增益与损耗区域的PT对称光子晶格，以诱导奇异点。
• 分析系统的本征模谱，识别在奇异点处，平坦能带嵌入色散能带中的形成机制。
• 利用数值模拟追踪增益-损耗参数变化对平坦能带宽度与带隙大小的影响。
• 检查模式分布，确认其对系统尺寸变化和边缘效应的鲁棒性。
• 建立局域化行为与系统非厄米性程度之间的直接关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 PT对称光子晶格的奇异点处是否可出现平坦能带？
• RQ2 增益与损耗参数如何影响平坦能带宽度与光子带隙大小？
• RQ3 平坦能带模式在有限尺寸系统或晶格边缘处是否仍稳定且局域？
• RQ4 此类系统中光的局域化能否作为非厄米性的可测量探针？

主要发现

• 在PT对称光子晶格的奇异点处，整个平坦能带出现，并嵌入色散能带之中。
• 增益与损耗参数同时调控平坦能带窗口大小与光子带隙大小。
• 平坦能带模式对系统尺寸变化具有鲁棒性，即使在晶格边缘也保持局域。
• 通过调节增益与损耗，该系统可在非厄米系统中实现可控的光局域化。
• 局域化行为为测量光子系统中的非厄米性提供了直接的实验特征。