Topologischer Transport ist robust gegenüber äußeren Störungen, Unordnung und Materialfehlern. Dies ergibt sich aufgrund der intrinsischen topologischen Eigenschaften des Materials.
Allgemein wird zwischen Systemen mit einem unidirektionalen topologischen Transportkanal und solchen mit zwei topologischen Transportkanälen entgegensetzter Direktionalität unterschieden.
Während beim unidirektionalen System der Transport immer in dieselbe Richtung fließt, egal wie das System konkret angeregt wird, ist dies bei einem System mit bidirektionalem Transport anders. Hier kann die Richtung des topologischen Transports durch Manipulation der initialen Anregung extern gesteuert werden.
In einer kürzlich als "Editor's Pick" ausgewählten Veröffentlichung der Zeitschrift APL Photonics wird von Wissenschaftlern der AG Komplexe Quantensysteme eine eindimensionale photonische ``Leiter” vorgeschlagen, in der die Richtung des topologischen Transports auf einfache und elegante Weise gesteuert werden kann.
Hierbei werden, wie im Bild dargestellt, zwei Lichtstrahlen gleicher Intensität in zwei benachbarte Wellenleiter fokussiert, die eine Sprosse der photonischen Leiter bilden. Die relative Phasendifferenz zwischen beiden Lichtstrahlen legt dann fest, welcher der beiden Transportkanäle primär angeregt wird und dient somit als externes Steuerelement für die Richtung des topologischen Transports im photonischen Kristall.
Ermöglicht wird der bidirektionale topologische Transport in der photonischen Leiter durch das enge Zusammenspiel von Nicht-Hermitezität und fermionischer Zeitumkehrsymmetrie.
Während in verlustfreien Hermiteschen Systemen topologischer Transport nur an den Rändern von zwei- oder dreidimensionalen topologischen Isolatoren auftreten kann, wird in der aktuellen Arbeit durch die gezielte Platzierung von Verlusten in Wellenleitergitter topologischer Transport in einem eindimensionalen System induziert.
Nicht-Hermitezität allein ermöglicht jedoch keinen bidirektionalen Transport. Erst durch die zusätzliche Implementierung von fermionischer Zeitumkehrsymmetrie wird der bidirektionale Transport durch die Kramers Entartung topologisch geschützt. Die zwei Sprossen der Leiter übernehmen hierbei die Rolle des fermionischen Spins.
Originalveröffentlichung:
B. Höckendorf, A. Alvermann, und H. Fehske
„Controlling the direction of topological transport in a non-Hermitian time-reversal symmetric Floquet ladder“
APL Photonics 6, 010801 (2021)
doi.org/10.1063/5.0036494
Ansprechpartner:
Bastian Höckendorf
Andreas Alvermann
Holger Fehske
Institut für Physik der Universität Greifswald
Felix-Hausdorff-Str. 6
17487 Greifswald