Dirac points in helically structured 1D photonic crystals
我们报道了在螺旋结构的一维光子晶体中观察到的狄拉克点，而且，无论是在纵向磁场的存在下，还是在纵向磁场的不存在下。我们得到了狄拉克点频率的解析公式和波矢的解析色散关系。
2021-11-14 physics.optics
Double-bowl State in photonic Dirac nodal line semimetal
在过去的十年里，拓扑材料在电子系统和经典波中的绝缘体和半金属中的应用激增。拓扑半金属表现出拓扑保护带退化，如节点和节线。具有四重线简并的Dirac节线半金属（DNLS）引起了人们的特别关注。DNLS已经在电子系统中进行了研究，但没有光子DNLS。在这项工作中，我们提供了一个新的机制，这是唯一的光子系统，研究严格的光子DNLS。当截断时，光子DNLS表现出双碗态（DBS），它包括两组垂直偏振的表面态。与其他光子系统中的非简并表面态形成鲜明对比，这里的两组表面态在整个光谱范围内几乎是简并的。DBS和体狄拉克节环（DNR）沿相关方向的色散，实验解决。
2021-08-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Three-dimensional topological photonic crystal with a single surface Dirac cone
表面上的单个狄拉克锥是三维（3D）拓扑绝缘体的标志，其中狄拉克点处的双简并性由时间反演对称性保护，并且远离该点的自旋分裂由自旋轨道耦合提供。在这里，我们预测一个单一的狄拉克锥表面态的3D光子晶体，在狄拉克点的简并保护由非对称的滑移反射和线性分裂远离它是通过打破时间反演对称性。这样的无间隙表面状态对于任何类型的随机无序都是完全鲁棒的。这种玻色子拓扑能带结构是通过施加交替磁化来间隔在我们的晶体大部分中发现的3D“广义狄拉克点”来实现的。$Z_2$体不变量的特点是通过Wannier中心的演变。我们的提议--在微波频率下使用亚铁磁材料很容易实现--也可以被看作是拓扑晶体绝缘体的光子模拟，提供了第一个3D玻色子保护拓扑系统。
2015-07-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Observing Movement of Dirac Cones from Single-Photon Dynamics
石墨烯具有蜂窝状结构，在理解物质物理学中具有重要意义，它表现出异常的半整数量子霍尔效应和非常规的电子光谱，具有量子相对论现象。特别地，类石墨烯结构可用于实现拓扑绝缘体，其激发了具有强免疫性的内在拓扑保护机制，用于维持量子信息的相干性。这些奇特的物理现象源于狄拉克锥的独特性质，它表现出高空穴简并性、无质量的载流子和带的线性交叉。狄拉克锥的实验观测通常集中在能量-动量空间与体积测量。近年来，光子系统的波函数和能带结构被映射到实空间，使得灵活的控制成为可能。在这里，我们展示了一个直接观察的狄拉克锥的运动从单光子动力学在不同的双轴应变下的光子石墨烯。与量子力学中的波粒性质相同，我们通过动态检测边缘模式并通过累积和统计单个粒子注册来提取包的扩散距离来识别Dirac锥的运动。我们从单光子动力学观察狄拉克锥运动的结果，以及通过映射定义在动量空间中的能带结构在实空间中直接观察的方法，为理解量子机制中的各种人工结构铺平了道路。
2020-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Extinction of coherent backscattering by a disordered photonic crystal with a Dirac spectrum
二维三角晶格的光子晶体在光谱中具有锥形奇异性。接近这个所谓的狄拉克点，麦克斯韦方程组简化为超相对论自旋1/2粒子的狄拉克方程。在这里，我们表明，半整数自旋和相关的Berry相位仍然可以观察到的晶体中存在的无序。标量（自旋零）波的相长干涉产生相干后向散射峰，其由无序平均反射光子通量的加倍组成，而由Berry相位引起的相消干涉以与入射角相关的角度通过时间反演对称性抑制反射强度。我们证明了这种消光相干后向散射麦克斯韦方程组的数值解，并与狄拉克方程的分析预测。
2009-01-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonics in the visible domain for a one-dimensional truncated photonic crystal terminated by graphene: sensing beyond Dirac point's approximation
在Kretschmann构型下，在涂覆石墨烯层的一维光子晶体中，TE波的偏振可以激发出可见的表面等离子体共振（SPR）.在这项工作中，等离子体激元布洛赫波的狄拉克点以外的一维石墨烯基的光子传感结构的性质进行了数值研究。我们表明，在可见光区的建议的光子器件的反射光谱中的出射等离子体下降表现出可调的化学势和跳跃参数调制后的特性。传感器在可见光区的灵敏度进行了数值评估，并与那些考虑在太赫兹制度的表面等离子体共振进行了比较。
2021-05-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Observing Zitterbewegung for photons near the Dirac point of a two-dimensional photonic crystal
首次证明了在二维光子晶体中，在狄拉克点附近可以出现光子的齐特波。光子的这种现象的优越性在于，它可以在具有宽频率区域的不同标度结构中找到。这可以通过测量光子晶体平板的透射系数的时间依赖性来观察。因此，它特别适合于实验观察这种效果。我们已经通过精确的数值模拟观察到了这种现象，证实了一个长期存在的理论预测。
2007-12-15 physics.optics
Possible Realization of Optical Quadratic and Dirac Points in Woodpile Photonic Crystals
费米子相对论物理的模拟，例如，狄拉克和外尔物理学，导致了光子学中许多前所未有的现象的发现，其中的光频实现，然而，仍然是具有挑战性的。在这里，令人惊讶的是，我们发现，通常用于光频应用的木材堆光子晶体主机异国情调的费米子类相对论简并：一个狄拉克节线和四重二次点，作为保护的非对称晶体对称性。木材堆光子晶体的变形导致出现的第二类狄拉克点从四重二次点。这种第二类狄拉克点可以通过它的反常折射特性来检测，这种反常折射特性表现为平板装置中的巨双折射。我们的研究结果为全介质光子晶体中的三维光学狄拉克物理提供了一条很有前途的途径。
2021-10-09 physics.optics
Observation of an unpaired photonic Dirac point
在光子狄拉克点，电磁波与两分量无质量相对论费米子受相同方程支配。然而，已知光子狄拉克点在“光子石墨烯”和其他类似的光子晶体中成对出现，这需要特别的预防措施来仅激发其中一个狄拉克点附近的状态。拥有不成对光子狄拉克点的系统更难实现，因为它们需要破缺的时间反演对称性。在这里，我们报告的第一个观察到的非成对狄拉克点在平面二维光子晶体。该结构采用了旋磁材料，打破了时间反演对称性;当宇称破缺参数被微调到光子陈氏绝缘体和传统光子绝缘体相位之间的拓扑跃迁时，就会出现不成对的狄拉克点。不成对狄拉克点的证据是由传输和场映射实验提供的，包括强非互易反射的演示。这种光子晶体适用于研究二维狄拉克态的独特特性，如单向克莱因隧穿。
2019-09-01 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Higher-order Dirac Semimetal in a Photonic Crystal
近年来，高阶拓扑的发现极大地丰富了拓扑材料的分类。理论和实验研究已经揭示了各种高阶拓扑绝缘体，它们表现出拓扑保护的角或铰链状态。最近，高阶拓扑被引入拓扑半金属。到目前为止，高阶拓扑半金属的实际模型和实验验证仍然非常有限。在这里，我们设计并演示了一个三维光子晶体，实现了高阶狄拉克半金属相。计算结果表明，所设计的三维光子晶体中存在两个四重Dirac点，其动量空间投影在边的位置由高阶铰链态连接.高阶拓扑可以通过计算不同k_z值下的χ（6）拓扑不变量来刻画。在微波频率下的实验也提出了测量铰链状态色散。我们的工作证明了高阶狄拉克半金属相的物理实现，并为探索三维光子系统中的高阶拓扑半金属相铺平了道路。
2022-05-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Type-II Dirac photonic lattices
与Ⅰ型狄拉克半金属的费米面是一个点不同，Ⅱ型狄拉克半金属的费米面是一对相交的线，这是因为狄拉克锥是倾斜的，具有开的双曲等距线。作为光学类比，我们也设计了第二类狄拉克光子晶格。在这里，我们报道了由完全相同的波导通道组成的Lieb类光子晶格中的第二类狄拉克锥，并且能带结构的各向异性既不是由于折射率的变化也不是由于环境的影响，而仅仅是由于晶格的空间对称性，因此，该建议是有利的，有利于实验观察。详细研究了参量II型光子晶格中的锥形衍射和克莱因隧穿。我们的结果提供了一个简单的和实验可行的平台来研究二维拓扑光子和其他非相对论性的现象周围的II型狄拉克锥。
2020-05-26 physics.optics
Goos-Hänchen Shift and Photonic Spin Hall Effect in Semi-Dirac Material Heterostructures
本研究通过理论建模揭示了半狄拉克材料的各向异性介电函数及无质量狄拉克电子漂移对光子自旋霍尔效应和古斯-汉欣位移的调制作用，为设计可调光子器件提供了新平台。
2025-04-15 physics.optics
Photonic Topological Transitions and Epsilon-Near-Zero Surface Plasmons in Type-II Dirac Semimetal NiTe$_2$
与人工超材料相比，纳米制造复杂性和有限尺寸的夹杂物可能会阻碍所需的电磁响应，几种天然材料如范德华晶体在光学范围内设计高效的纳米光子器件方面具有很大的希望。在这里，我们研究了NiTe $_2$，范德华晶体和II型狄拉克半金属托管洛伦兹违反狄拉克费米子的不寻常的光学响应。通过{ \it ab~initio~}密度泛函理论模拟，我们发现NiTe $_2$在近红外和光学范围内具有多个倏逝波（如表面等离子体）的拓扑光子机制.通过电子能量损失实验，我们确定了在近零（ENZ）频率$\approx 0.79$，$1.64$和$2.22$ eV的光子拓扑转变点附近的表面等离子体共振。在极端的晶体各向异性和违反洛伦兹的狄拉克费米子的存在的驱动下，ENZ表面等离子体共振的实验证据证实了NiTe $_2$的非平凡光子和电子拓扑结构。我们的研究为实现基于电子和光子拓扑物理的深亚波长尺度光操纵器件铺平了道路，用于纳米光子学，光电子学，成像和生物传感应用。
2021-10-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Three dimensional photonic Dirac points in metamaterials
拓扑半金属，代表一种新的拓扑相，缺乏一个完整的带隙在体状态和表现出非平凡的拓扑秩序，最近已经扩展到光子系统，主要是在光子晶体和在较小程度上，超材料。狄拉克简并的光子晶体实现受到各种空间对称性的保护，其中布洛赫模式跨越自旋和轨道子空间。在这里，我们从理论上表明，狄拉克点也可以实现在有效介质中，通过电磁对偶下的电磁学中的固有自由度。在空气与Dirac材料的界面处观察到一对自旋极化的费米弧表面态。这些表面态呈现线性的k空间色散关系，导致几乎无衍射的传播。此外，本征反射场显示从狄拉克点到两个外尔点的分解。我们还发现了经典光子学中Dirac点和涡旋/矢量光束之间的拓扑关联。光子狄拉克点的理论提出为揭示电磁学中内禀物理与整体拓扑之间的联系奠定了基础。
2017-10-20 physics.optics
Optomechanical Metamaterials: Dirac polaritons, Gauge fields, and Instabilities
独立的光子晶体可以用来捕获光和机械振动。这些“光机械晶体”结构已经在实验上证明了光子模式和声子模式之间的强耦合，共同定位在单个缺陷位置。未来的设备可能会以这种缺陷的规则超晶格为特征，将它们变成“光机械阵列”。在这封信中，我们预测，定制的光机能带结构的这种阵列可以用来实现狄拉克物理的光子和声子，通过机械振动创建一个光子规范场，并观察到一种新的光机不稳定性。
2013-12-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photonic Dirac Waveguides
狄拉克方程是描述相对论性自旋1/2粒子的一系列有趣性质的典范模型，从反粒子的存在到克莱因隧穿。然而，Dirac-like方程的应用已经远远超出了它原来的范围，并已被用来理解石墨烯的性质和物质的拓扑相。在光子学领域，模仿狄拉克物理学的机会也使拓扑光子绝缘体成为可能。在本文中，我们证明了明智的工程合成的光子狄拉克系统的潜力，可以提供超越基本和准粒子，拓扑领域的物理性质。特别地，我们引入了一类新的光狄拉克波导，其导电磁模被赋予了赝自旋自由度。赝自旋耦合的能力，工程师的合成规范的潜力作用于它，使控制的导模，这是无法达到在传统的光波导。特别是，我们使用硅纳米光子超颖表面，支持伪自旋自由度作为测试平台，预测和实验确认的狄拉克波导的自旋完整的性质。我们还表明，适当的捕获势，导模表现出自旋相关的场分布，这使得他们独特的传输和辐射特性。因此，狄拉克波导表现出自旋相关的辐射寿命-非厄米自旋-霍尔效应-并为自旋多路复用、控制引导光学模式的特性以及利用光子伪自旋调谐光-物质相互作用开辟了新的途径。
2022-11-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Photonic Dirac Nodal Line Semimetals Realized by Hyper-crystal
近年来，具有线性色散和拓扑保护模简并的无带隙Dirac/Weyl节结半金属是拓扑物理研究的前沿。特别地，根据Dirac/Weyl锥的倾斜角，发现了I型、II型和临界III型节状半金属。本文通过在一维光子晶体中引入双曲型超材料，设计了“超晶体”，研究了两种垂直偏振波作用下的光子四重简并Dirac节线半金属（DNLS）。研究了利用双曲型色散的相位补偿效应进行灵活控制的光子DNLS。我们的结果不仅为实现各种光子DNLS提供了一个新的平台，其中光偏振在电子DNLS中扮演着电子自旋的角色，而且可能为探索简单经典波动系统中丰富的Dirac/Weyl物理铺平一条新的道路。
2022-05-16 physics.optics
Theory of dipole radiation near a Dirac photonic crystal
我们发展了一种解析形式来描述二维光子晶体平板的狄拉克锥附近的偶极辐射。在早期的工作相比，我们占所有的偏振效应，并推导出一个封闭形式的表达并矢格林函数的几何形状。使用这种解析格林函数，我们证明了由平板介导的偶极相互作用表现出缠绕相，这是量子发射器的工程拓扑系统的关键成分，如J. Perczel等人，（2018），arXiv：1810.12299.作为一个例子，我们研究了由狄拉克锥介导的相干原子相互作用，这是最近被证明是不寻常的长程无指数衰减。这些结果为进一步严格分析发射体通过光子狄拉克锥在光子晶体中的相互作用铺平了道路。
2018-11-05 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Photonic realization of the relativistic Dirac oscillator
提出了一种光子学实现的狄拉克振荡器（DO），即量子谐振子的相对论扩展，用于光纤布拉格光栅中的光传输。透射光谱清楚地表明存在的电子和正电子束缚态的DO，对应于共振模式以上和以下的布拉格频率，以及不对称的电子和正电子分支的能谱。
2010-09-01 physics.optics
Giant photonic spin Hall effect near the Dirac points
传统光学界面上光的自旋-轨道相互作用的起源在于光子偏振的横向性质：与平面波分量相关的偏振经历略微不同的旋转，以满足反射或折射后的横向性。拓扑光子材料的最新进展为重新研究光在独特光学界面上的自旋轨道相互作用提供了重要的机会。在这里，我们建立了一个通用模型来描述光子狄拉克亚晶中光的自旋轨道相互作用。当高斯光束入射到光子狄拉克晶体的界面时，在狄拉克点附近发现了巨大的光子自旋霍尔效应。巨光子自旋霍尔效应是由于光的强自旋轨道相互作用，表现为不同平面波分量的大的偏振旋转。我们相信，这些结果可能提供洞察的基本性质的自旋轨道相互作用的光在拓扑光子系统。
2020-01-18 physics.optics
Type-II Dirac photons at the metasurfaces
能带的拓扑特征，如Dirac/Weyl节点，在凝聚态系统和经典波动系统中引起了人们极大的兴趣。在这些能带中，II型狄拉克点是具有倾斜圆锥色散的节简并，导致在恒定能量平面中的奇特交叉色散。最近在电子材料中发现了这样的节点。光子系统中的类似拓扑特征仍然是理论上的好奇心，实验实现预计是具有挑战性的。在这里，我们通过实验实现了II型狄拉克点使用平面超颖表面架构，其中带简并点由超颖表面的基本镜像对称性保护。无间隙的边缘模式被发现和测量在不同的域之间的边界处的非连续断裂的超颖表面。我们的工作表明，超颖表面是实现电磁II型狄拉克点的简单而实用的平台，其平面结构是一个明显的优势，有利于在二维拓扑光子学中的应用。
2018-03-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Topological Dirac-vortex modes in a three-dimensional photonic topological insulator
本文首次在三维光子拓扑绝缘体中理论提出并实验验证了拓扑狄拉克涡旋模式，通过将三维Kekulé畸变紧束缚模型映射到光子晶体，利用微波近场测量观测到沿一维缺陷线鲁棒传播的模式，为三维光操控提供了新平台。
2024-11-06 physics.optics
Realization of Photonic Charge-2 Dirac Point by Engineering Super-modes in Topological Superlattices
最近在某些凝聚态系统中发现了一种新的非常规四重线性带简并点。与标准的3-D狄拉克单极相反，这些被称为电荷-2狄拉克点的四重点的特征是非零的净拓扑电荷，可以用来深入研究拓扑物理学迄今未知的领域。在这里，我们报告的实验实现的电荷-2狄拉克点故意工程混合拓扑状态称为超模式的1-D光学超晶格系统与两个额外的合成维度。利用直接反射和透射测量，我们表现出的超级模式归因于合成的电荷-2狄拉克点，这是第一次在可见光区实现的存在。我们还展示了实验方法来操纵两个衍生的外尔点，在合成空间中是相同的收费。此外，拓扑末端模式唯一导致的电荷-2狄拉克点可以微妙地控制截断超晶格样品内，为我们打开了一条途径，合理地工程局部领域的强烈增强。
2019-12-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Semi-Dirac dispersion relation in photonic crystals
半狄拉克锥是指一种特殊类型的色散关系，它沿对称线是线性的，但在垂直方向上是二次的。在这里，我证明了一个光子晶体组成的一个正方形阵列的椭圆形介质柱能够产生这种特定的布里渊区中心的色散关系。一个微扰方法被用来评估的线性斜率，并确认色散关系是一个半狄拉克型。从边界有效介质理论计算的有效介质参数不仅解释了在半狄拉克点处发生的等频表面中的意外拓扑转变，它们还提供了对该点处的性质的透视，其中光子晶体沿对称轴表现为零折射率材料，但在垂直方向上类似于光子带边缘。
2013-12-01 physics.optics
Dirac Metamaterial Assembled by Pyrene Derivative and its Topological Photonics
在过去的十年中，拓扑学在物理学的广泛领域中获得了极大的关注。特别是，它对光子学产生了影响，因为精心设计的光子晶体和超材料可以帮助探索材料的非平凡状态。在这方面，具有大各向异性的所有电介质超材料以及偶极和多极Mie谐振器在拓扑光子学中发挥了越来越重要的作用。Mie共振器的优点使得在三维空间中寻找非平凡态成为可能，理论计算支持了它的潜力。然而，这是非常困难的实验证明，因为它是很难使各向异性的亚原子，尽管努力。在这里，我们报告了一个三维拓扑光子学的狄拉克超材料。它是由一个亚晶自组装的分子，HYLION-12，它具有各向异性的极化率和环电流。由于其特殊的光学性质，它具有奇异的光学常数，可用于电磁双曲超材料，以及紫外区的双曲超材料。在242 nm处作为放大反射器，其反射率为142%;在300 nm处作为惠更斯光源，其透过不透明基底的非对称透射率高达30%。此外，它演示了各种拓扑光子学现象，如Pancharatnam-Berry和波导相位合并，波前整形和波导的边缘作为一个3D拓扑光子材料。利用多环芳烃（PAHs）的新策略有望成为实现三维拓扑光子学的有效途径。
2021-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Larger-area single-mode photonic crystal surface-emitting lasers enabled by an accidental Dirac point
通过改变光子晶体表面发射激光器（PCSELs）的晶格几何形状，我们调谐了二次色散的规则激光带边，在布里渊区中心形成了一个偶然的线性色散的狄拉克点。这不仅使模式间隔增加了几个数量级，而且消除了分布的面内反馈，以使单模PCSEL能够具有显著更大的面积，从而具有显著更高的输出功率。通过二维面内计算系统地评估了使用偶然Dirac锥的优点，并通过光子晶体平板器件的三维模拟证实了这一点。
2013-12-12 physics.optics
Orbital Angular Momentum preserving guided mode in helically twisted hollow core photonic crystal fiber at Dirac point
研究了光子Dirac模在螺旋扭曲空芯光子晶体光纤（HC-PCF）中的捕获和传输，其中空芯缺陷（空气）中的捕获光可以保持轨道角动量（OAM）。我们表明，光子狄拉克点可以出现，即使在扭曲的系统中，为一个适当的选择曲线坐标和相关的波导缺陷模式定义在新的基础可以保持相关的OAM在轴向平移。重点分析了扭曲率、缺陷几何形状和晶体尺寸对载陷狄拉克模的OAM传输的影响。有限元模拟的结果与基于扭转光子晶体中布洛赫模动力学的解析理论进行了验证，两者吻合良好。HC-PCF可以在激发和引导OAM携带模式方面发挥重要作用，有助于粒子捕获和量子通信。
2019-02-25 physics.optics
Photon-mediated interactions near a Dirac photonic crystal slab
本文提出一种半解析理论，用于计算真实光子晶体狄拉克点附近整个晶胞内的偶极光子介导相互作用，揭示了相互作用强度与范围之间的权衡，并发现通过偏振自由度可调控集体相互作用的相干或耗散性质。
2021-07-01 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Manipulating type-I and type-II Dirac polaritons in cavity-embedded honeycomb metasurfaces
伪相对论性狄拉克准粒子已经出现在大量的人造石墨烯系统中，这些系统模仿了石墨烯的蜂窝对称性。然而，众所周知，在不改变晶格结构的情况下很难操纵它们的性质。在这里，我们从理论上研究蜂窝超颖表面支持的极化激元，尽管谐振元件的平凡性质，我们揭示了丰富的狄拉克物理源于一个非平凡的绕组在光-物质相互作用。超颖表面同时表现出两种不同的无质量狄拉克极化激元，即I型和II型。通过封闭腔只修改光子环境，人们可以操纵II型狄拉克点的位置，导致性质不同的极化激元相位。这使得人们能够改变出射狄拉克极化激元的基本性质，同时保持晶格结构-这是一种独特的情况，在真实或人造石墨烯系统中没有类似物。因此，利用光子环境将在亚波长尺度上产生未探索的狄拉克物理。
2018-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photons in Media: A Second-Quantization Scheme Based on a Dirac-like Equation
School of Physics and Astronomy, Sun Yat-Sen University（中山大学物理学院）
提出一种在螺旋度空间中的新波函数表示，将麦克斯韦方程重构为类狄拉克结构，从而引入反光子态，并建立与电子理论对偶的光子二次量子化框架，揭示光的横向自旋的量子力学解释。
2026-06-26 physics.optics
Tilted Dirac cones and asymmetric conical diffraction in photonic Lieb-kagome lattices
Lieb晶格和kagome晶格，这两个都是众所周知的狄拉克锥和平带，可以连续转换成彼此的剪切变换。在这个转变过程中，平带被破坏，但狄拉克锥保持不变，并变得倾斜，在不同的参数下出现I、II和III型。在这项工作中，我们首先使用紧束缚模型研究这些倾斜的狄拉克锥，揭示它们如何被设计成不同的类型。然后，我们证明锥形衍射的光子晶格实现的Lieb-kagome晶格使用分步光束传播模拟，获得的狄拉克锥在不同方向倾斜的存在的证据。最后，我们进行了实验与光子晶格激光写在熔融石英（SiO $_2$），以验证模拟的结果。这些研究推进了对Lieb-kagome晶格和倾斜狄拉克锥的理解，并为进一步研究这个有趣的可调晶格系统提供了基础。
2022-11-08 physics.optics
Symmetry Breaking in Photonic Crystals: On-Demand Dispersion from Flatband to Dirac Cones
我们证明了对称性破缺为调整光子晶体中的能量-动量色散提供了一个新的自由度。使用一般的理论框架，在两个说明性的实际结构中，我们表明，打破对称性，使按需调谐的本地密度的状态相同的光子带从零（狄拉克锥色散）到无穷大（平带色散），以及任何恒定的密度在一个可调的光谱范围。作为一个概念验证，我们实验证明了一个非常相同的光子带从传统的二次形状的狄拉克色散，平带色散和多值之一，通过微调的垂直对称性破缺的转换。我们的结果提供了一个前所未有的自由度，在平面集成光子器件的光色散工程。
2017-11-21 physics.optics
Dirac exciton-polariton condensates in photonic crystal gratings
本文建立了光子晶体光栅中狄拉克激子-极化激元凝聚体的单体和多体理论，揭示了辐射连续域保护与负质量光俘获协同驱动的凝聚动力学，并发现了模拟zitterbewegung效应的稳定循环凝聚体解，同时澄清了近场与远场概念。
2024-07-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
3D $Z_2$ Topological Nodes in Nonsymmorphic Photonic Crystals: Ultrastrong Coupling and Anomalous Refraction
我们提出在具有时空反转对称性的非对称全介质光子晶体中模拟具有非平凡$Z_2$拓扑结构的3D Dirac点和线节点，这种光子晶体可以在红外和微波频率下实现.尽管在光子晶体中没有Kramers简并是一个根本障碍，但通过非对称螺旋对称性，在高对称平面上实现了所有Bloch态的双简并。两个正交的螺旋轴导致在高对称性布里渊区边界线上的3D $Z_2$狄拉克点。另一方面，$Z_2$线节点出现作为受保护的双重退化的布洛赫带与相反的镜像宇称的$k_z=0$平面上。最低频率的线节点是确定的，因为一个简并的合作伙伴切换机制所保证的基本性质的麦克斯韦方程组和非对称螺旋对称。由于$Z_2$拓扑狄拉克点的存在，在光子晶体与空气的（100）和（010）界面上的光线下方出现了一对手征相反的费米弧。这些强大的表面状态提供了一个独特的机会，实现一个“开放腔”与量子发射器和工程真空之间的强相互作用与非平凡的Berry阶段-一个重要的一步，拓扑状态的强相互作用玻色子。对氮化硼薄膜中腔-光子-声子共振耦合进行了实际计算，得到了真空拉比分裂达到光子频率$23\%$的超强耦合。我们还表明，II型狄拉克锥具有反常的谷选择性折射：双折射与正折射和负折射的一个山谷，而没有折射的其他。
2016-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photonic Dirac monopoles and skyrmions: spin-1 quantization
利用狄拉克-麦克斯韦对应关系，我们提出了光子狄拉克算符的概念，适用于光子晶体、超材料和二维材料。我们首先探讨真空中的麦克斯韦方程和无质量狄拉克方程（外尔方程）的动量倒易空间具有磁引力。关键的区别是磁磁荷的性质，它对光子是整数值，但对电子是半整数值。这种固有的差异直接与自旋有关，并最终与玻色子或费米子行为有关。我们还表明存在的光子狄拉克弦，这是线奇异性的基础Berry规范潜力。虽然在真空中的结果是直观的预期，我们的中心结果是应用这种拓扑Dirac麦克斯韦对应的二维光子（玻色子）材料，而不是传统的电子（费米子）材料。有趣的是，在色散物质中，光子狄拉克单极子的存在被非局域量子霍尔电导率（即时空色散旋电常数）捕获。对于二维光子和电子介质，非平凡的拓扑相位出现在大质量粒子的背景下，打破了时间反演对称性。然而，这些玻色子和费米子陈氏绝缘体的体动力学的特点是自旋1和自旋1/2的skyrmions在动量空间，有根本不同的解释。这是由它们的自旋-1和自旋-1/2螺旋量子化边缘状态的对比所例证。我们的工作揭示了最近提出的量子旋电相位的物质和拓扑玻色子相位中的光子自旋量子化的重要作用。
2018-12-02 physics.optics
Unidirectional Transport in Electronic and Photonic Weyl Materials by Dirac Mass Engineering
单向输运在二维系统中已经被观察到，然而，到目前为止，它们还没有在三维块体材料中被实验观察到。在这项理论工作中，我们表明，最近发现的外尔材料提供了一个平台，单向传输内散装材料。具有高实验可行性，一个复杂的狄拉克质量可以产生和操纵的光子外尔晶体，创造单向传播模式中观察到的传输实验。可能实现（电子）外尔半金属进行了研究。我们表明，在一个晶格模型中，与短程相互作用，所需形式的狄拉克质量可以自发地产生在一级过渡。
2015-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el hep-ph
Anomalous Topological Phases and Unpaired Dirac Cones in Photonic Floquet Topological Insulators
提出了一种基于交错螺旋晶格的光子Floquet拓扑绝缘体及其Floquet能带结构的有效数值计算方法。晶格支持反常Floquet拓扑绝缘体相，具有消失的陈数和可调的拓扑跃迁。在拓扑转变的临界点，能带结构主机一个单一的不成对的狄拉克锥，这产生了各种不寻常的输运效应：一个离散的模拟锥形衍射，弱反局域化不受谷间散射，抑制安德森局域化。与以前的设计不同，有效规范场强度可以通过晶格参数（如螺旋间距离）控制，从而显著降低辐射损耗并实现可切换拓扑波导等应用。
2016-06-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optical properties of honeycomb photonic structures
我们研究，理论和实验，不同类型的蜂窝光子结构，也被称为“光子石墨烯”的光学特性。首先，我们采用双光子聚合的方法来制备蜂窝结构。在实验中，我们观察到一个强大的衍射从有限数量的元素，从而提供了一个独特的工具来定义的精确数量的散射元素的结构，通过肉眼。然后，我们从理论上研究了蜂窝单层和二维平行介质圆棒结构的透射谱。当棒材料$\varepsilon$的介电常数增加时，我们揭示了当最低TE ${}_{01}$ Mie带隙在最低布拉格带隙以下打开时，二维光子石墨烯结构转变为超材料。我们还观察到两个狄拉克点的二维光子石墨烯的能带结构中的$K$点的布里渊区和演示的狄拉克透镜TM偏振的表现。狄拉克透镜的性能是，2D光子石墨烯层将来自点源的波转换成具有平坦相位表面的光束，该光束在狄拉克频率下用于TM偏振。
2017-07-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Transverse Anderson localization of light near Dirac points of photonic nanostructures
我们对无序层状光子纳米结构中光束的安德森局域化进行了比较研究，在周期性层分布的限制下，在波矢谱中具有狄拉克点或布拉格带隙。特别是，我们表明，当布拉格间隙的宽度减小时，安德森模式的本地化长度增加，使得在极小的带隙限制中，即当形成狄拉克点时，即使是极高水平的紊乱也无法本地化位于狄拉克点附近的光学模式。本文还比较分析了在布拉格带隙或狄拉克点附近形成的安德森模的传播特性。我们的研究结果可以提供有价值的指导方针，在评估结构紊乱的功能广泛的阵列的光学纳米器件的影响。
2015-09-30 physics.optics
Cavity-Mediated Electron-Electron Interactions: Renormalizing Dirac States in Graphene
本文提出非微扰自洽哈特里-福克量子电动力学方法，模拟石墨烯与腔光子耦合，发现量子光诱导非局域电子-电子相互作用导致狄拉克带重整化、平带形成及拓扑平凡能隙，经典极限下效应消失。
2025-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Observation of Three-dimensional Photonic Dirac points and Spin-polarized Surface Arcs
拓扑相产生于对称性和拓扑学之间相互作用所强加的优雅的数学结构1 -5。从带隙拓扑绝缘体到无隙半金属，量子和经典体系中的拓扑材料在过去十年中发展迅速。其中，三维狄拉克半金属处于各种拓扑相之间的拓扑相变点。它与其他拓扑材料共享多种奇异的拓扑特征，例如费米弧和Weyl半金属的手征异常30，拓扑绝缘体的自旋相关表面态29。尽管三维Dirac点在拓扑物理中起着重要的作用，但迄今为止，在经典系统中还没有实验观测到三维Dirac点的报道。在这里，我们通过实验证明了精心设计的光子超材料中的三维光子狄拉克点，其中两个对称放置的狄拉克点通过电磁对偶性稳定31。证明了自旋极化表面弧（电子系统中费米弧的对应物），这为自旋复用拓扑表面波传播铺平了道路。通过拓扑相变，我们的系统与其他奇异态紧密相连，为拓扑光子学提供了一个有效的介质平台。
2018-10-04 physics.optics
Annihilation of Dirac points and its topological obstruction in a photonic Kagome lattice
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Université Clermont Auvergne, Clermont Auvergne INP, CNRS, Institut Pascal（克莱蒙奥弗涅大学，克莱蒙奥弗涅理工学院，法国国家科学研究中心，帕斯卡尔研究所）；Laboratoire de Mathématiques Blaise Pascal, Université Clermont Auvergne, CNRS（布莱斯·帕斯卡数学实验室，克莱蒙奥弗涅大学，法国国家科学研究中心）；Institut Universitaire de France (IUF)（法国高等研究院）
研究光子科格伦晶格中狄拉克点的行为，揭示其在碰撞时湮灭的拓扑障碍及欧拉数变化的机制。
2026-03-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topology-optimized Dual-Polarization Dirac Cones
我们应用大规模的计算技术，称为拓扑优化，光子狄拉克锥的逆设计。特别是，我们报告了各种可以在简单的各向同性介电材料中实现的光子晶体几何形状，它们表现出双偏振和双波长狄拉克锥。我们通过设计不同对称类型的光子晶体来展示这种技术的灵活性，例如具有四重和六重旋转对称性的光子晶体，其在布里渊区内的不同点处具有狄拉克锥。所展示的和相关的优化技术可以为带结构工程和操纵光在周期性介质中的传播开辟新的途径，并可能应用于奇异的光学现象，如有效的零折射率介质和拓扑光子学。
2017-09-21 physics.optics
Unveiling spin-orbital angular momentum locking in photonic Dirac vortex cavities
The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学苏州高等研究院）；Soochow University（苏州大学）；The University of Hong Kong（香港大学）；Taiyuan University of Technology（太原理工大学）
本研究通过自旋分辨测量揭示了狄拉克涡旋腔中自旋-轨道角动量锁定现象，展示了其与手性和谷间耦合的关系，并提出了任意阶OAM辐射的设计方法。
2026-01-19 physics.optics
Realization of a Dirac-vortex topological photonic crystal fiber
本研究首次利用标准堆叠拉制工艺实验实现了Dirac-vortex拓扑光子晶体光纤，并观察到其在全通信窗口（1260-1675nm）内的单偏振单模传输特性，推进了光纤研究前沿。
2025-03-06 physics.optics
Photonic realization of the kappa-deformed Dirac equation
我们展示了紧束缚光子波导阵列中的卡帕变形狄拉克方程的实现。这是通过一种特殊配置的耦合延伸到第二最近的邻居。几何操作可以控制这些倏逝波耦合。本文详细研究了波包的传播，包括变形参数对Zitterbewegung或颤动运动的影响。通过这种方式，我们展示了如何重建平坦非对易时空的影响-即，卡帕-闵可夫斯基时空-在简单的实验装置。我们在结论一节中涉及弹性实现。
2020-12-05 hep-lat physics.optics
Analytical study of mode degeneracy in non-Hermitian photonic crystals with TM-like polarization
从耦合波理论的角度研究了具有$C_{4v}$对称性的非厄米光子晶体的模式简并。描述了非厄米型光子晶体中的波耦合和泄漏，并推导出了偶然三重简并的条件，这导致了类狄喇克锥色散。我们证明了非厄米PC中的类Dirac-cone带在$Γ$点附近具有与实Dirac-cone类似的良好的线性和各向同性。此外，一些拓扑过渡的带可能会发生时，参数的几何演变。而Berry相位在$Γ$点保持为零，表明类Dirac锥不服从Dirac方程，它只是Dirac锥。
2017-04-19 physics.optics
Dirac-Maxwell correspondence: Spin-1 bosonic topological insulator for light
费米子和玻色子之间的根本区别在于它们的自旋和分布统计以及它们遵守的离散对称性（电荷，宇称和时间）。虽然具有时间反演对称性的物质的费米拓扑相已经取得了重大进展，但玻色子的对应物仍然难以捉摸。本文利用狄拉克-麦克斯韦对应给出了一个自旋为1的玻色拓扑绝缘体。从结构光子学的方法，模仿电子的伪自旋\textonehalf{}行为出发，我们利用整数自旋和离散对称性的光子制定一个独特的玻色子拓扑相的物质。我们介绍了一个玻色子Kramers定理和拓扑量子化的光子等价物，它只产生于光子自旋。我们的连续场论预测光子在时空色散简并手征的存在下获得质量，手征是物质内部磁电耦合的一种独特形式，与众所周知的手征、磁电、旋向性或双各向异性根本不同。我们预测，这种独特的色散（非本地）简并手征介质具有反常的宇称和时间反转对称性，如果在自然界中发现，将表现出一个带隙的量子自旋-1霍尔玻色子相。光子不具有导电性输运参数，可以量化（不像电子系统），但我们预测，光子自旋量子化的量子化的保护边缘状态是服从实验隔离导致一个新的玻色子相的物质。
2018-04-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dirac-Point Solitons in Nonlinear Optical Lattices
报道了在无光子带隙的周期系统中发现的一种新的孤子。孤子是一种非线性的自陷波包。它们在物理学的许多分支中得到了广泛的研究。周期系统中的孤子是由光子带隙支持的局域态，近十年来已成为孤子研究的主流。在这封信中，我们报告了一种新的孤子位于狄拉克点超越光子带隙的发现。狄拉克点是光子能带结构的圆锥奇点，其中波动服从著名的狄拉克方程。这些新的孤子是由狄拉克点而不是光子带隙维持的，因此相对于传统的带隙孤子在概念理解上有了某种进步。除了它们在孤子理论中的理论影响外，它们还具有许多潜在的用途，因为这种孤子具有显着的稳定特性，并且在具有自聚焦和自散焦非线性的克尔材料和光折变晶体中都是可能的。新的结果优雅地揭示了传统的光子带隙时，狄拉克点是不需要的。这些发现丰富了孤子族，并为流体力学、等离子体物理和玻色-爱因斯坦凝聚体等物理学的许多分支中的非线性波的研究提供了有价值的信息。
2015-11-24 physics.optics
Optically and Electrically Tunable Dirac Points and Zitterbewegung in Graphene-Based Photonic Superlattices
我们证明，石墨烯基光子超晶格提供了一个多功能的平台，电子和全光控制的光子束与深亚波长精度。具体地，通过将石墨烯片插入到周期性金属介电结构中，可以设计光学超晶格，其在超晶格的介电常数的空间平均值$\bar{ \varepsilon}$为零的频率处抑制光子狄拉克点（DP）。类似于众所周知的零- $\bar{n}$带隙，我们表明，这些零- $\bar{\varepsilon}$ DP是高度稳健的结构紊乱。我们还表明，通过调谐石墨烯介电常数通过光学克尔效应或电掺杂，可以诱导DP超过\SI{30}{\nano\meter}的光谱变化，在中红外和太赫兹频率。这种广泛的可调谐性的影响，在DP附近的光子Zitterbewegung效应进行了探讨。
2015-04-28 physics.optics
Controllable finite ultra-narrow quality-factor peak in a perturbed Dirac-cone band structure of a photonic crystal slab
我们证明了利用光子Dirac锥的微扰，可以在波矢空间中实现超窄的有限Q因子峰，并且峰值和宽度都是可调的。我们还讨论了最小可行宽度的下限给定的峰值Q值，同时保持足够的Q模式之间的分化。强角度和频率Q选择在需要强角度和频率选择的光学器件中找到应用。
2021-04-20 physics.optics quant-ph
Light scattering in disordered honeycomb photonic lattices near the Dirac points
我们解决安德森局域化在无序蜂窝光子晶格和本地化过程的强烈影响的光谱位置的输入波包内的第一布里渊区的晶格。尽管在规则晶格中，在狄拉克点附近激发的光束的扩展比在布里渊区中心激发的光束的扩展强得多，在狄拉克点处，光表现出锥形衍射，在布里渊区中心处，光束表现出正常衍射，但我们发现，即使在狄拉克点周围，无序也会导致明显的安德森局域化。我们发现，对于相同的无序水平的狄拉克点周围的激发的平均输出强度分布的宽度可能会大大大于在布里渊区的中心处的激发。
2013-08-20 nlin.PS physics.optics
Inverse design of third-order Dirac exceptional points in photonic crystals
我们提出了一种新的反向设计方法，使暴力发现的光子晶体（PhC）结构与复杂的光谱简并。作为一个证明的原则，我们展示了PhCs表现出三阶狄拉克点形成的\emph{accidental}退化的单极，偶极和四极性质的模式。我们发现，在适当的条件下，这些模式可以合并，并形成一个三阶例外点（EP3），导致分散的彼得曼因子。我们发现，在这样的EP 3的发射器的自发发射（SE）率，有关的局部状态密度，可以增强8的因素在纯有损（被动）结构，与更大的增强$\sim \sqrt{n^3}$可能在特殊点的高阶$n$或在材料的增益。
2016-05-19 physics.optics
Extremal transmission at the Dirac point of a photonic band structure
我们计算了狄拉克点（能带结构中的锥形奇点）对单色辐射通过光子晶体传输的影响。作为频率函数的透射率在狄拉克点处有一个极值，这取决于与自由空间的界面的曲率。极值透射率$T_{0}=Γ_{0} W/L$与晶体的纵向尺寸$L$成反比（对于大于晶格常数且小于横向尺寸$W$的$L$）。界面双折射影响比例常数$Γ_{0}$，并决定极值是最小值还是最大值，但不影响$T_{0}$的"伪扩散“1/L依赖性。
2007-05-21 cond-mat.other physics.optics
