Аннотация результатов, полученных в 2025 году
За первый год реализации проекта был получен ряд оригинальных научных результатов, отраженных в шести основных публикациях в таких авторитетных рецензируемых научных журналах, как Nano Letters, Applied Physics Letters, Physical Review B и Optical Materials Express. 1. Проведено численное и экспериментальное исследование топологических интерфейсных и краевых состояний в двумерной квадратной решетке, составленной из диэлектрических резонансных частиц с вырожденными электрическими и магнитными дипольными резонансами. На основании численных моделей рассчитана дисперсия собственных состояний решетки, а также дисперсия топологических состояний. Проведен расчет топологического инварианта. Представлены распределения магнитного поля, полученные численно и экспериментально, демонстрирующие топологические краевые состояния. Полученные результаты послужили заделом для последующего исследования трехмерных систем. Результаты представлены в публикациях в журналах Physical Review B (Q1, белый список, IF 3.2) https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.111.085415 и St. Petersburg Polytechnic University Journal: Physics and Mathematics (белый список) https://physmath.spbstu.ru/en/article/2024.76.73/ 2. Проведено численное и экспериментальное исследование топологических интерфейсных и краевых состояний в трехмерных массивах с простой гексагональной и тетрагональной решетками, составленных из диэлектрических резонансных частиц с вырожденными электрическими и магнитными дипольными резонансами. Для обоих типов решеток созданы численные модели, демонстрирующие четырехкратное вырождение собственных состояний в топологически тривиальной структуре и открытие полной запрещенной зоны при введении бианизотропного отклика в систему. Рассчитана дисперсия локализованных топологических состояний на границе раздела доменов с различными знаками параметра бианизотропии и на границе системы со свободным пространством. Выполнено численное моделирование возбуждения интерфейсных и краевых состояний в конечных массивах. Изготовлены экспериментальные прототипы рассматриваемых трехмерных структур и проведено экспериментальное исследование методом ближнепольного сканирования в микроволновом диапазоне частот. Измерено распределение магнитного поля исследуемых состояний в обоих типах решеток и продемонстрировано экспериментально возникновение топологических интерфейсных и краевых состояний. 3. Разработана теоретическая модель, описывающая формирование плоских зон в анизотропной двумерной решетке кагоме с волноводами, поддерживающими антисимметричные (дипольные) моды. Разработанная модель демонстрирует более трёх осцилляций Ааронова-Бома с минимальной дифракцией начального состояния на рабочей длине волны 730 нм при начальном возбуждении решётки в одном волноводе в её объёме. Это сопоставимо с результатами для одномерных оптических моделей с плоскими зонами. Результаты исследования представлены в публикации в журнале Nano Letters (Q1, белый список, IF 9.6) https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c05951, получившей широкое освещение в медиа, в том числе в пресс-службе Российского научного фонда. 4. Разработана теоретическая модель, описывающая малые возмущения на фоне самоиндуцированного топологического краевого состояния в нелинейной модели типа Су-Шриффера-Хигера с керровской нелинейностью связей одного типа. Разработанная модель приводит к неэрмитовому эффективному гамильтониану с невзаимными связями. Результаты этого исследования представлены в публикации в журнале Applied Physics Letters (Q1, белый список, IF 3.5) https://doi.org/10.1063/5.0225879. 5. Разработана численная модель, описывающая возникновение эффективного кирального отклика в структуре на основе анизотропных слоев, повернутых друг относительно друга. В частности, было проведено сравнение предсказаний модели эффективной среды и результатов, полученных с помощью матриц переноса, в ходе численного моделирования была доказана анизотропная природа тензора киральности, описывающего структуру. Результаты представлены в публикации в журнале Physical Review B (Q1, белый список, IF 3.2) https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.110.235150 6. Разработана численная модель, позволяющая минимизировать время переноса квантового состояния в массиве кубитов со связями ближайших соседей. Разработанная модель использует метод квантовой брахистохроны для нахождения оптимального протокола переключения связей во времени. Результаты работы представлены в публикации в журнале Optical Materials Express (Q2, белый список, IF 2.8) https://doi.org/10.1364/OME.547936