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 20-72-10065
НазваниеТопологические состояния высокого порядка в резонансных структурах
Руководитель Горлач Максим Александрович, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург
Конкурс №50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-204 - Нано- и микроструктуры
Ключевые слова топологические состояния, нанофотоника, резонансные электрические сети
Код ГРНТИ29.31.27
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проблемы полностью оптической передачи, обработки и хранения информации требуют разработки новых методов и подходов к управлению распространением и локализацией света на наномасштабе. При этом одной из принципиальных проблем в работе оптических чипов является рассеяние света на дефектах, неизбежно возникающих в процессе изготовления оптических наноструктур. Перспективный способ преодоления нежелательного рассеяния открывает фундаментальная концепция фотонных топологических состояний. Существование таких состояний определяется глобальными свойствами структуры и не зависит от наличия локальных дефектов, а направление распространения однозначно связано с поляризацией. В итоге рассеяние топологических состояний на дефектах оказывается сильно подавленным.
На сегодняшний день фотонные топологические состояния реализованы экспериментально в широком спектральном диапазоне, от радиочастотного до видимого, и продемонстрированы их уникальные свойства, включая однонаправленное распространение. Тем не менее, несмотря на ряд достигнутых прорывных результатов, нерешенным остается вопрос управления топологически защищенным распространением света в трех пространственных измерениях по сложным неплоским траекториям, что позволило бы плодотворно применить концепцию топологических состояний к многослойным оптоэлектронным и полностью оптическим микро- и наноструктурам.
В рамках настоящего проекта мы планируем реализовать топологически защищённое распространение света по трёхмерным траекториям, используя недавно предсказанные топологические состояния высокого порядка и разработав стратегию их эффективной реализации в искусственно структурированных средах. В отличие от топологических состояний, исследовавшихся ранее, состояния высокого порядка могут иметь размерность, на несколько единиц меньшую размерности структуры, что открывает возможность создания одномерных распространяющиеся состояний в трёхмерных геометриях или нульмерных локализованных состояний в двумерных образцах.
Для достижения этой цели планируется решение следующих конкретных задач:
1. Исследование симметрийно-защищённых топологических состояний высокого порядка в двумерных системах с симметрией С4, возникающих за счет введения различных эффективных констант связи, в том числе между следующими ближайшими соседями, и анализ факторов, определяющих условия существования и степень локализации таких состояний.
2. Исследование топологических состояний, в том числе топологических состояний высокого порядка, в решётках двухмодовых волноводов. За счет специального структурирования волноводов планируется добиться вырождения двух различных мод и за счет гибридизации мод соседних волноводов реализовать топологические состояния для простейшей геометрии решётки из эквидистантных волноводов.
3. Разработка стратегии создания топологических состояний высокого порядка за счет чередующегося в пространстве бианизотропного отклика частиц структуры. При этом эффективный бианизотропный отклик будет обеспечен за счет нарушения симметрии частиц к пространственной инверсии.
Также планируется провести исследование условий, определяющих существование топологических состояний в метаматериалах с периодами, существенно меньшими длины волны.
4. Аналоговое моделирование физики пары энионов (частиц с дробной статистикой, промежуточной между бозонами и фермионами) в одномерной модели с взаимодействием между частицами с помощью классической двумерной системы. При этом топологическому состоянию пары взаимодействующих энионов в исходной задаче соответствует топологическое состояние высокого порядка в классической задаче более высокой размерности.
5. Исследование различных путей реализации одномерных топологических состояний, распространяющихся по сложным траекториям в трёх измерениях, и анализ их устойчивости к дефектам различной природы.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ