論文の概要: Topology-Enhanced Nonreciprocal Scattering and Photon Absorption in a Waveguide

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2008.04741v3
• Date: Wed, 10 Mar 2021 15:27:21 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-06 14:01:56.913719
• Title: Topology-Enhanced Nonreciprocal Scattering and Photon Absorption in a Waveguide
• Title（参考訳）: 導波路における位相エンハンス非逆散乱と光子吸収
• Authors: Wei Nie, Tao Shi, Franco Nori, Yu-xi Liu
• Abstract要約: トポロジカル物質とトポロジカル光学は様々なシステムで研究され、材料科学やフォトニクス技術に有望な応用が期待されている。 本研究では,導波路に面したトポロジカル原子アレイについて検討する。 光-物質相互作用はトポロジーによって非自明に変化し、新しい光学現象をもたらす。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.2874598592728685
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Topological matter and topological optics have been studied in many systems, with promising applications in materials science and photonics technology. These advances motivate the study of the interaction between topological matter and light, as well as topological protection in light-matter interactions. In this work, we study a waveguide-interfaced topological atom array. The light-matter interaction is nontrivially modified by topology, yielding novel optical phenomena. We find topology-enhanced photon absorption from the waveguide for large Purcell factor, i.e., $\Gamma/\Gamma_0\gg 1$, where $\Gamma$ and $\Gamma_0$ are the atomic decays to waveguide and environment, respectively. To understand this unconventional photon absorption, we propose a multi-channel scattering approach and study the interaction spectra for edge- and bulk-state channels. We find that, by breaking inversion and time-reversal symmetries, optical anisotropy is enabled for reflection process, but the transmission is isotropic. Through a perturbation analysis of the edge-state channel, we show that the anisotropy in the reflection process originates from the waveguide-mediated non-Hermitian interaction. However, the inversion symmetry in the non-Hermitian interaction makes the transmission isotropic. At a topology-protected atomic spacing, the subradiant edge state exhibits huge anisotropy. Due to the interplay between edge- and bulk-state channels, a large topological bandgap enhances nonreciprocal reflection of photons in the waveguide for weakly broken time-reversal symmetry, i.e., $\Gamma_0/\Gamma\ll 1$, producing complete photon absorption. We show that our proposal can be implemented in superconducting quantum circuits. The topology-enhanced photon absorption is useful for quantum detection. This work shows the potential to manipulate light with topological quantum matter.
• Abstract（参考訳）: トポロジカル物質とトポロジカル光学は様々なシステムで研究され、材料科学やフォトニクス技術に有望な応用が期待されている。 これらの進歩は、トポロジカルな物質と光の相互作用の研究、および光-物質相互作用におけるトポロジカルな保護を動機付けている。 本研究では,導波路に面したトポロジカル原子アレイについて検討する。 光間相互作用はトポロジーによって非自明に修正され、新しい光学現象をもたらす。 例えば、$\gamma/\gamma_0\gg 1$ であり、ここでは$\gamma$ と $\gamma_0$ はそれぞれ導波路と環境への原子崩壊である。 この非従来的な光子吸収を理解するために,マルチチャネル散乱法を提案し,エッジおよびバルク状態チャネルの相互作用スペクトルについて検討する。 インバージョンと時間反転対称性を破ることで、光異方性は反射過程に有効であるが、伝送は等方的である。 エッジ状態チャネルの摂動解析により、反射過程の異方性は導波路を介する非エルミート相互作用に由来することを示した。 しかし、非エルミート相互作用における反転対称性は伝達等方性を与える。 トポロジーで保護された原子間隔では、亜ラジアントエッジ状態は大きな異方性を示す。 エッジ状態チャネルとバルク状態チャネルの相互作用により、大きなトポロジカルバンドギャップは導波路内の光子の非逆反射を増強し、時間反転対称性が弱く破れ、すなわち$\gamma_0/\gamma\ll 1$ となり、完全な光子吸収を生成する。 本提案は超伝導量子回路に実装可能であることを示す。 位相強調光子吸収は量子検出に有用である。 この研究は、トポロジカル量子物質で光を操作する可能性を示している。

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