Метаматериалы и структуры с топологическим порядком

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-19-10538

НазваниеМетаматериалы и структуры с топологическим порядком

Руководитель Ханикаев Александр Борисович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург

Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-710 - Новые материалы для наноэлектронных приборов

Ключевые слова топологические эффекты в фотонике, топологические изоляторы, числа Черна, метаматериалы

Код ГРНТИ29.19.22, 29.19.03

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Оптические технологии передачи и обработки информации являются основой современной техногенной цивилизации. Признанием этого стало объявление 2015 года Международным годом света и световых технологий. Ряд новых возможностей по управлению распространением и локализацией потоков электромагнитного излучения открывается при использовании микро- и наноструктурированных искусственных сред (метаматериалов). Поскольку на практике такие искусственные композитные структуры всегда содержат неоднородности и дефекты, то исключительно важной задачей является предотвращение рассеяния электромагнитных волн на дефектах структуры. Данная задача может быть решена на основе концепции топологического порядка и топологической устойчивости. Особую актуальность имеет вопрос об использовании топологических эффектов в качестве основы для проектирования и создания устройств с новыми свойствами. В рамках данной научно-исследовательской программы планируется развить и реализовать инновационную и не имеющую аналогов в литературе концепцию топологически защищенных устройств для нанофотоники, обладающих устойчивостью по отношению к беспорядку и наличию дефектов в структуре. Результаты реализации данной концепции позволят предложить и сконструировать новые устройства для полностью оптической коммуникации и вычислений. В ходе выполнения настоящего проекта планируется: 1. Провести исследование различных механизмов, приводящих к возникновению топологического порядка в фотонных системах (бианизотропия, модуляция Флоке, магнитные и синтетические калибровочные поля) и выделить механизмы, оптимальные с точки зрения практической реализации топологически нетривиальных структур. 2. Провести численное моделирование и реализовать экспериментально эффект однонаправленного распространения краевых мод в метаматериале на основе диэлектрических цилиндров с бианизотропией. 3. Разработать теоретическую модель для описания свойств и условий возникновения самоиндуцированных и солитоноподобных топологических краевых состояний в нелинейных системах. 4. Экспериментально исследовать функциональные характеристики разработанных и созданных делителей и волноводов, работающих на основе топологических эффектов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Горлач М.А., Ни К., Смирнова Д.А., Коробкин Д., Жирихин Д., Слобожанюк А.П., Белов П.А., Алу А., Ханикаев А.Б. Far-field probing of leaky topological states in all-dielectric metasurfaces Nature Communications, vol.9, No. 1, p. 909 (год публикации - 2018)
10.1038/s41467-018-03330-9

2. Савельев Р.С., Горлач М.А., Поддубный А.Н. Topological interface states mediated by spontaneous symmetry breaking Physical Review B, vol. 98, No. 4, p. 045415 (год публикации - 2018)
10.1103/PhysRevB.98.045415

3. Добрых Д.А., Юлин А.В., Слобожанюк А.П., Поддубный А.Н., Кившар Ю.С. Nonlinear Control of Electromagnetic Topological Edge States Physical Review Letters, vol. 121, No. 16, p. 163901 (год публикации - 2018)
10.1103/PhysRevLett.121.163901

4. Ни К., Пурцеладзе Д., Смирнова Д.А., Слобожанюк А., Алу А., Ханикаев А.Б. Spin- and valley-polarized one-way Klein tunneling in photonic topological insulators Science Advances, vol. 4, No. 5, eaap8802 (год публикации - 2018)
10.1126/sciadv.aap8802

5. Горлач М.А., Поддубный А.Н. Edge states of bound photon pairs: Topology and interactions 2017 Progress In Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS), pp. 2321-2324 (год публикации - 2018)
10.1109/PIERS.2017.8262139

6. Жирихин Д.В., Горлач М.А., Ни К., Смирнова Д.А., Коробкин Д., Слобожанюк А.П., Белов П.А., Алу А., Ханикаев А.Б. Experimental observation of spin-locked propagation of topological edge states in an open non-Hermitian metasurface Journal of Physics: Conference Series, vol. 1092, p. 012176 (год публикации - 2018)
10.1088/1742-6596/1092/1/012176

7. Слобожанюк А., Щелокова А. В., Ни К., Моусави С. Х., Смирнова Д. А., Белов П. А., Алу А., Кившарь Ю. С., Ханикаев А. Б. All-dielectric topological meta-optics 2018 Conference on Lasers and Electro-Optics, CLEO 2018 - Proceedings, FM3Q.6 (год публикации - 2018)
10.1364/CLEO_QELS.2018.FM3Q.6

8. Крук С., Ванг Л., Слобожанюк А., Шорохов А., Смирнова Д., Кравченко И., Поддубный А., Кившарь Ю. Nonlinear Unidirectional Topological States in Zigzag Arrays of Bianisotropic Dielectric Nanoparticles 2018 Conference on Lasers and Electro-Optics, CLEO 2018 - Proceedings, FM2E.4 (год публикации - 2018)
10.1364/CLEO_QELS.2018.FM2E.4

9. Ни К., Горлач М. А., Смирнова Д. А., Коробкин Д., Ханикаев А. Б. Fano resonances in topological photonic systems Fano Resonances in Optics and Microwaves, pp. 425-443 (год публикации - 2018)
10.1007/978-3-319-99731-5

10. Слобожанюк А.П., Щёлокова А.В., Ни Х., Моусави С.Х., Смирнова Д.А., Белов П.А., Алу А., Кившарь Ю.С., Ханикаев А.Б. Near-field imaging of spin-locked edge states in all-dielectric topological metasurfaces APPLIED PHYSICS LETTERS, 114, 3, 031103 (год публикации - 2019)
10.1063/1.5055601

11. Горлач М.А., Слобожанюк А.П. Nonlinear topological states in the Su-Schrieffer-Heeger model Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics (год публикации - 2017)

12. Горлач М.А., Поддубный А.Н. Topological edge states of bound photon pairs Physical Review A, т. 95, вып. 5, с. 053866 (год публикации - 2017)
10.1103/PhysRevA.95.053866

13. Крук С.С., Слобожанюк А., Шорохов А., Кравченко И., Поддубный А., Кившар Ю.С. Third-Harmonic Generation from Photonic Topological States in Zigzag Nanodisks Frontiers in Optics 2017 - Optics InfoBase Conference Papers, том F66-FiO, с. 137738 (год публикации - 2017)
10.1364/FIO.2017.FTh4B.2

14. Слобожанюк А.П., Моусави С.Х., Ни К., Смирнова Д., Кившарь Ю.С., Ханикаев А.Б. Three-Dimensional All-Dielectric Photonic Topological Insulator Nature Photonics (год публикации - 2016)

15. Слобожанюк А.П., Поддубный А.Н., Синев И.С., Самусев А.К., Йу Ю.Ф., Кузнецов А.И., Мирошниченко А.Е., Кившарь Ю.С. Enhanced photonic spin Hall effect with subwavelength topological edge states Laser and Photonics Reviews, том 10, выпуск 4, стр. 656-664 (год публикации - 2016)
10.1002/lpor.201600042

16. Горлач М.А., Коробкин Д., Ни К., Смирнова Д.А., Белов П.А., Алу А., Ханикаев А.Б. Spectroscopy of topological photonic states in dielectric metasurfaces AIP Conference Proceedings, т. 1874, с. 030014 (год публикации - 2017)
10.1063/1.4998043

17. Слобожанюк А., Кившар Ю., Поддубный А., Ханикаев А. Photonic topological edge states in metallic and all-dielectric structures Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting, 2017 IEEE International Symposium on (год публикации - 2017)
10.1109/APUSNCURSINRSM.2017.8072070

18. Крук С., Слобожанюк А., Денкова Д., Поддубный А., Кравченко И., Мирошниченко А., Нешев Д., Кившарь Ю. Edge states and topological phase transitions in chains of dielectric nanoparticles Small (год публикации - 2016)

19. Ни К., Горлач М.А., Алу А., Ханикаев А.Б. Topological edge states in acoustic Kagome lattices New Journal of Physics, том 19, вып. 5, стр. 055002 (год публикации - 2017)
10.1088/1367-2630/aa6996

20. Горлач М.А., Поддубный А.Н. Interaction-induced two-photon edge states in an extended Hubbard model realized in a cavity array Physical Review A, том 95, вып. 3, с. 033831 (год публикации - 2017)
10.1103/PhysRevA.95.033831

Публикации