Truyền tải một chiều phụ thuộc vào pseudospin trong tinh thể plasmonic topo dựa trên graphene

Nanoscale Research Letters - Tập 13 - Trang 1-7 - 2018
Pingping Qiu1, Weibin Qiu1, Junbo Ren1, Zhili Lin1, Zeyu Wang1, Jia-Xian Wang1, Qiang Kan2,3, Jiao-Qing Pan2,3
1Fujian Key Laboratory of Light Propagation and Transformation, College of Information Science and Engineering, Huaqiao University, Xiamen, China
2College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
3Institute of Semiconductors Chinese Academy of Sciences, Beijing, China

Tóm tắt

Xuất phát từ việc điều tra các trạng thái vật chất ngưng tụ, khái niệm hiệu ứng Hall lượng tử và hiệu ứng Hall spin lượng tử (QSHE) gần đây đã được mở rộng sang các lĩnh vực vật lý và kỹ thuật khác, chẳng hạn như quang học photon và âm học (phononics), dẫn đến các chế độ cạnh hoàn toàn bất thường không bị phân tán. Ở đây, chúng tôi trình bày các tương tự plasmon của QSHE trong tinh thể plasmonic graphene (GPC) ở tần số hồng ngoại giữa. Sự đảo ngược ban xảy ra khi biến dạng mạng tinh thể hình tổ ong GPC, dẫn đến các khoảng băng topo và các đặc điểm pseudospin của các trạng thái cạnh. Bằng cách chồng chéo các khoảng băng với các topo khác nhau, chúng tôi đã mô phỏng số lượng sự truyền tải một chiều phụ thuộc vào pseudospin của các trạng thái cạnh. GPC được thiết kế có thể tìm thấy các ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực plasmonic topo và kích thích việc khám phá kỹ thuật đa dạng pseudospin trong các mạch tích hợp quang học nano có mật độ cao.

Từ khóa

#hiệu ứng Hall lượng tử #hiệu ứng Hall spin lượng tử #plasmonic #tinh thể plasmonic graphene #truyền tải một chiều #pseudospin

Tài liệu tham khảo

He C, Sun XC, Liu XP, Lu MH, Chen Y, Feng L, Chen YF (2016) Photonic topological insulator with broken time-reversal symmetry. Proc Natl Acad Sci U S A 113:4924 Khanikaev AB, Mousavi SH, Tse WK, Kargarian M, Macdonald AH, Shvets G (2013) Photonic topological insulators, Nat. Mater 12:233 Jörg C, Letscher F, Fleischhauer M, Freymann GV (2017) Dynamic defects in photonic Floquet topological insulators. New J Phys 19:083003 Cheng X, Jouvaud C, Ni X, Mousavi SH, Genack AZ, Khanikaev AB (2016) Robust reconfigurable electromagnetic pathways within a photonic topological insulator. Nat Mater 15:542 Hafezi M (2014) Measuring topological invariants in photonic systems. Phys Rev Lett 112:210405 Hatsugai Y (1993) Chern number and edge states in the integer quantum Hall effect. Phys Rev Lett 71:3697 Chen ZG, Mei J, Sun XC, Zhang X, Zhao J, Wu Y (2017) Multiple topological phase transitions in a gyromagnetic photonic crystal. Phys Rev A 95:043827 Fang K, Yu Z, Fan S (2012) Realizing effective magnetic field for photons by controlling the phase of dynamic modulation. Nat Photonics 6:782–787 Yang B, Wu T, Zhang X (2017) Engineering topological edge states in two dimensional magnetic photonic crystal. Appl Phys Lett 110:021109 Ma T, Khanikaev AB, Mousavi SH, Shvets G (2015) Guiding electromagnetic waves around sharp corners: topologically protected photonic transport in metawaveguides. Phys Rev Lett 114:127401 Dong JW, Chen XD, Zhu H, Wang Y, Zhang X (2017) Valley photonic crystals for control of spin and topology. Nat Mater 16:298–302 Hafezi M, Mittal S, Fan J, Migdall A, Taylor JM (2013) Imaging topological edge states in silicon photonics. Nat Photonics 7:1–2 Hafezi M, Demler EA, Lukin MD, Taylor JM (2012) Robust optical delay lines with topological protection. Nat Phys 7:907–912 Maczewsky LJ, Zeuner JM, Nolte S, Szameit A (2017) Observation of photonic anomalous Floquet topological insulators. Nat Commun 8:13756 Rechtsman MC, Zeuner JM, Plotnik Y, Lumer Y, Podolsky D, Dreisow F, Nolte S, Segev M, Szameit A (2013) Photonic Floquet topological insulators. Nature 496:196 Barik S, Miyake H, Degottardi W, Waks E, Hafezi M (2016) Two-dimensionally confined topological edge states in photonic crystals. New J Phys 18:113013 Wu LH, Hu X (2015) Scheme for achieving a topological photonic crystal by using dielectric material. Phys Rev Lett 114:223901 He C, Ni X, Ge H, Sun XC, Chen YB, Lu MH, Liu XP, Chen YF (2016) Acoustic topological insulator and robust one-way sound transport. Nat Phys 12:1124–1129 Mei J, Chen Z, Wu Y (2016) Pseudo-time-reversal symmetry and topological edge states in two-dimensional acoustic crystals. Sci Rep 6:32752 Zhang Z, Wei Q, Cheng Y, Zhang T, Wu D, Liu X (2017) Topological creation of acoustic pseudospin multipoles in a flow-free symmetry-broken metamaterial lattice. Phys Rev Lett 118:084303 Barnes WL, Dereux A, Ebbesen TW (2003) Surface plasmon subwavelength optics. Nature 424:824–830 Iurov A, Huang D, Gumbs G, Pan W, Maradudin A (2017) Effects of optical polarization on hybridization of radiative and evanescent field modes. Phys Rev B 96:081408 Memmi H, Benson O, Sadofev S, Kalusniak S (2017) Strong coupling between surface plasmon polaritons and molecular vibrations. Phys Rev Lett 118:126802 Fei Z, Rodin A, Andreev G, Bao W, McLeod A, Wagner M, Zhang L, Zhao Z, Thiemens M, Dominguez G (2012) Gate-tuning of graphene plasmons revealed by infrared nano-imaging. Nature 487:82–85 Chen J, Badioli M, Alonso-González P, Thongrattanasiri S, Huth F, Osmond J, Spasenović M, Centeno A, Pesquera A, Godignon P (2012) Optical nano-imaging of gate-tunable graphene plasmons. Nature 487:77–81 Vakil V, Engheta N (2011) Transformation optics using graphene. Science 332:1291–1294 Jin D, Christensen T, Soljačić M, Fang NX, Lu L, Zhang X (2017) Infrared topological plasmons in graphene. Phys Rev Lett 118:245301 Pan D, Yu R, Xu H, FJG d A (2017) Topologically protected Dirac plasmons in a graphene superlattice. Nat Commun 8:1243 Lu H, Zeng C, Zhang Q, Liu XM, Hossain M, Reineck P, Gu M (2015) Graphene-based active slow surface plasmon polaritons. Sci Rep 5:8443 Low T, Avouris P (2014) Graphene plasmonics for terahertz to mid-infrared applications. ACS Nano 8:1086–1101 Jablan M, Buljan H, Soljačić M (2009) Plasmonics in graphene at infrared frequencies. Phys Rev B 80:245435 Bolotin KI, Sikes K, Jiang Z, Klima M, Fudenberg G, Hone J, Kim P, Stormer H (2008) Ultrahigh electron mobility in suspended graphene. Solid State Commun 146:351–355 Efetov DK, Kim P (2010) Controlling electron-phonon interactions in graphene at ultrahigh carrier densities. Phys Rev Lett 105:256805 Dresselhaus MS, Dresselhaus G, Jorio A, Group theory: application to the physics of condensed matter (Springer Science & Business Media) 2007 Klipstein PC (2010) Operator ordering and interface-band mixing in the Kane-like Hamiltonian of lattice-matched semiconductor superlattices with abrupt interfaces. Phys Rev B 81:235314 Bernevig BA, Hughes TL, Zhang SC (2006) Quantum spin Hall effect and topological phase transition in HgTe quantum wells. Science 314:1757–1761