Die Informationsentropie ermöglichte die Identifizierung der topologischen photonischen Phase im realen Raum

Forscher um Prof. Xiaoyong Hu von der Peking-Universität, China, interessieren sich für topologische Photonik. Sie haben einen interdisziplinären Ansatz zur Untersuchung topologischer Systeme durch Informationsentropie (IE) im realen Raum vorgeschlagen.

Die Arbeit ist veröffentlicht im Tagebuch Grenzen der Optoelektronik.

Topologische Photonik spielt eine wichtige Rolle in den Bereichen Grundlagenphysik und photonische Geräte. Das Kagome-Modell, das Su-Schrieffer-Heeger (SSH)-Modell und die anderen topologischen Modelle werden als Plattform zur Untersuchung des neuartigen physikalischen Phänomens und als Leitfaden für die Entwicklung neuartiger photonischer Geräte wie topologisch geschützter Laser und robuster Übertragungsgeräte verwendet.

Bisher haben Forscher die topologischen Zustände in einem photonischen Kristall normalerweise anhand von drei Kriterien beurteilt: der topologischen Invariante, einschließlich Chern-Zahl, Windungszahl und topologischer Z2-Invariante; die Eigenwertverteilungen oder Lücken im Band des Photonikkristalls; und die elektrischen Feldverteilungen der topologischen Zustände.

Fast alle bisherigen Methoden basieren auf den Bandstrukturen in den Impulsräumen. Allerdings ist es im Allgemeinen kompliziert, die topologischen Eigenschaften im Impulsraum zu analysieren, insbesondere wenn es Störungen im System gibt. Die Störungen führen sogar dazu, dass sich die Bandlücke des topologischen Systems schließt, was die Analyse der Topologie im Impulsraum erschwert.

Als Beispiel für die theoretische Berechnung wird das Kagome-Modell verwendet und der Prozess des Verschwindens seiner topologischen Randzustände (TESs) mit IE beobachtet. Die IE-Methode kann zur Analyse der TES-Modenverteilungen und des topologischen Phasenübergangs verwendet werden. Diese Methode kann auch auf das SSH-Modell und den photonischen Valley-Hall-Kristall erweitert werden.

Die Forschung bietet eine Methode zur Untersuchung topologischer photonischer Phasen auf der Grundlage der Informationstheorie und eine Möglichkeit, die physikalischen Eigenschaften unter Ausnutzung der Interdisziplinarität zu analysieren.