Photonic topological phases in Tellegen metamaterials

物理 超材料 拓扑(电路) 光子学 几何相位 曲面(拓扑) 量子力学 几何学 数学 组合数学
作者
Ruey-Lin Chern,Yu‐Min Chou
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:30 (26): 47004-47004 被引量:1
标识
DOI:10.1364/oe.476682
摘要

We investigate the photonic topological phases in Tellegen metamaterials characterized by the antisymmetric magnetoelectric tensors with real-valued quantities. The underlying medium is considered a photonic analogue of the topological semimetal featured with a displaced Weyl cone in the frequency-wave vector space. As the ’spin’-degenerate condition is satisfied, the photonic system consists of two hybrid modes that are completely decoupled. By introducing the pseudospin states as the basis for the hybrid modes, the photonic system is described by two subsystems in terms of the spin-orbit Hamiltonians with spin 1, which result in nonzero spin Chern numbers that determine the topological properties. Surface modes at the interface between two Tellegen metamaterials with opposite sign of the magnetoelectric parameter exist at their common gap in the wave vector space, which are analytically formulated by algebraic equations. In particular, two types of surface modes are tangent to or wrapping around the Weyl cones, which form a pair of bended and a pair of twisted surface sheets. At the Weyl frequency, the surface modes contain a typical and two open Fermi arc-like states that concatenate to yield an infinite straight line. Topological features of the Tellegen metamaterials are further illustrated with the robust transport of surface modes at an irregular boundary.

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