光子晶体拓扑边缘态特性的研究

发布时间：2023-06-01 23:42

　　从20世纪60年代开始,随着半导体技术的迅速发展,让人们掌握了控制电子传输的手段。通过控制掺杂,可以调节半导体的电子带隙,电子的流动特性较容易被操控。半导体的发现给人们带来了技术革命,也对人类的文明进步有着深远影响。基于电子与光子的对应关系,人们一直寻求在光学系统中实现相应的控制手段。近年来,拓扑光子态成为人们研究的热点。光子晶体由于其电磁参数在空间是周期分布的,与电子晶体能带结构类似,光子晶体的能带拓扑相也可以用量子化的拓扑不变量来表征。当两个拓扑性质不同的两种光子晶体结构相连接,便会在二者的分界面处出现受拓扑保护的边界态。拓扑边界态对一些局域的缺陷和扰动具有鲁棒性,完全可以轻易地绕过这些缺陷进行传输,而且几乎不会发生发生反射,实现了对电磁波传播特性的调控。基于鲁棒性的单向传输边界态,光子拓扑绝缘体为电磁波的调控和输运提供了一种新颖的思路。类比电子体系中的量子霍尔效应,本文设计了一种简单的二维介电光子晶体,用来实现自旋依赖的拓扑边界态。这种光子晶体是横截面为正三角形的硅柱子在空气中排列而成的三角晶格阵列。将该硅柱子旋转60以后,在布里渊区中心实现了二重简并的p态和d态的能带翻转。利用...

【文章页数】：39 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 光子晶体简介
    1.2 量子霍尔效应简介
    1.3 拓扑绝缘体与拓扑边界态简介
    1.4 本课题的研究内容
第2章 光子晶体能带结构计算方法与理论基础
    2.1 传输矩阵法
    2.2 平面波展开法
    2.3 有限元方法
    2.4 (?)·(?)微扰理论
第3章 二维介电光子晶体中的赝自旋态与拓扑相变
    3.1 晶格与原胞
    3.2 布里渊区
    3.3 TM与TE波动方程
    3.4 光子晶体系统
    3.5 能带翻转与拓扑相变
    3.6 赝时间反演对称性与赝自旋态
    3.7 有效哈密顿量与自旋陈数
    3.8 自旋拓扑边界态
        3.8.1 超原胞与边界态
        3.8.2 拓扑边界态的单向传输
        3.8.3 拓扑边界态的鲁棒性
第4章 结论与展望
    4.1 结论
    4.2 展望
参考文献
在读期间发表的学术论文及研究成果
致谢



本文编号：3827253