Estados de borda em cristais fotônicos topológicos
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRN |
Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57900 |
Resumo: | Nos últimos anos, a pesquisa em cristais fotônicos topológicos vem ganhando destaque devido à possibilidade de simular efeitos quânticos com eles e as possibilidades de implementação tecnológica em dispositivos cujo fluxo de informação se dá com base na luz. Físicos e engenheiros vêm procurando novos sistemas que apresentam comportamento topológico, assim como vêm buscando entender melhor as características dos sistemas já existentes. Os cristais fotônicos topológicos são materiais artificiais onde as propriedades eletromagnéticas variam periodicamente no espaço e onde possuem o invariante topológico não nulo que pode ser garantido por meio de alguma perturbação no sistema e, como consequência, induzindo o surgimento de uma fase topológica. Nesta tese nós induzimos a fase topológica usando perturbações geométricas em quatro tipos de cristais fotônicos bidimensionais compostos de hastes dielétricas. Nós estudamos redes triangulares com simetria pontual C6 e verificamos que a perturbação abre um gap completo na estrutura de bandas dos sistemas. Verificamos ainda que alguns valores de perturbação levam os sistemas a fases topologicamente não-triviais. Como consequência, notamos a emergência de estados de borda dentro do gap recém aberto. Esses estados apresentam características de pseudospin e são protegidos pela própria topologia do sistema, de modo que eles são bem localizados espacialmente e robustos em relação a desordens e defeitos. Tal robustez significa que a luz transmitida ao longo da interface formada por cristais triviais e nãotriviais irá enfrentar os defeitos sem grandes perdas energéticas, reflexões ou mudanças de fluxo, criando assim um canal coerente para a propagação da luz. |
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Silva, Daniel Borgeshttps://orcid.org/0000-0002-6691-4441http://lattes.cnpq.br/9292465482311426https://orcid.org/0000-0001-9660-2142http://lattes.cnpq.br/5085046065890176Chaves, André Jorge CarvalhoCosta, Carlos Humberto OliveiraAnselmo, Dory Helio Aires de LimaPinheiro, Felipe Arruda de AraújoMohan, Madras Viswanathan Gandhihttp://lattes.cnpq.br/1995273890709490Bezerra, Claudionor Gomes2024-03-19T19:26:25Z2024-03-19T19:26:25Z2023-08-25SILVA, Daniel Borges. Estados de borda em cristais fotônicos topológicos. Orientador: Dr. Claudionor Gomes Bezerra. 2023. 182f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57900Nos últimos anos, a pesquisa em cristais fotônicos topológicos vem ganhando destaque devido à possibilidade de simular efeitos quânticos com eles e as possibilidades de implementação tecnológica em dispositivos cujo fluxo de informação se dá com base na luz. Físicos e engenheiros vêm procurando novos sistemas que apresentam comportamento topológico, assim como vêm buscando entender melhor as características dos sistemas já existentes. Os cristais fotônicos topológicos são materiais artificiais onde as propriedades eletromagnéticas variam periodicamente no espaço e onde possuem o invariante topológico não nulo que pode ser garantido por meio de alguma perturbação no sistema e, como consequência, induzindo o surgimento de uma fase topológica. Nesta tese nós induzimos a fase topológica usando perturbações geométricas em quatro tipos de cristais fotônicos bidimensionais compostos de hastes dielétricas. Nós estudamos redes triangulares com simetria pontual C6 e verificamos que a perturbação abre um gap completo na estrutura de bandas dos sistemas. Verificamos ainda que alguns valores de perturbação levam os sistemas a fases topologicamente não-triviais. Como consequência, notamos a emergência de estados de borda dentro do gap recém aberto. Esses estados apresentam características de pseudospin e são protegidos pela própria topologia do sistema, de modo que eles são bem localizados espacialmente e robustos em relação a desordens e defeitos. Tal robustez significa que a luz transmitida ao longo da interface formada por cristais triviais e nãotriviais irá enfrentar os defeitos sem grandes perdas energéticas, reflexões ou mudanças de fluxo, criando assim um canal coerente para a propagação da luz.Over the last few years, research on topological photonic crystals has received great prominence due to the possibility of simulating quantum phenomena and the possibility of technological implementation in devices where the information flux is done by light. Physicists and engineers have been looking for new systems that present topological behavior, as well as seeking to understand the characteristics of existing systems better. Topological photonic crystals are systems where the electromagnetic properties periodically change in space and the topological invariant is non-zero, this non-zero topological invariant can be achieved using perturbations in the system, and because of that, a topological phase is induced. Following this objective, we induce the topological phase in this thesis by introducing geometrical perturbations in different photonic crystals composed of dielectric rods. We study triangular lattices with punctual symmetry group C6, and we notice the perturbation opens a complete gap in the band structure of the systems. Also, some perturbation values lead the system to a non-trivial topological phase. Because of that, edge estates emerge inside the bandgap. Moreover, those edge states present pseudospin behavior and are protected by topology. Thus, they are well-localized and robust against defects and disorders. This robustness means that light transmitted through the interface composed of trivial and non-trivial photonic crystals will face defects with minimum energy losses, reflection, and flux changes, then it is creating a coherent channel for light dynamics.Universidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICAUFRNBrasilCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICACristal fotônico topológicoEstados de bordaRobustezEstados de borda em cristais fotônicos topológicosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALEstadosbordacristais_Silva_2023.pdfapplication/pdf116129576https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/57900/1/Estadosbordacristais_Silva_2023.pdfef65c09380a4c5358603ab92c95bfa1eMD51123456789/579002024-03-19 16:26:57.038oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/57900Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2024-03-19T19:26:57Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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