三次元全誘電体フォトニックトポロジカル絶縁体

二次元トポロジカルフォトニック系が発見されて、電磁波の伝搬と散乱に対する見方が変わり、三次元での同様の状態が探索されるようになった。今回我々は、対称性によって保護された三次元トポロジカル状態を全誘電体プラットフォームにおいて設計でき、そうした構造設計によって電場と磁場の電磁双対性が確保されることを理論的に立証する。磁気電気結合は、完全な三次元フォトニックバンドギャップを有する「絶縁」領域へのトポロジカル転移を決定づける人工ゲージ場の役割を果たす。我々は、円錐状のディラック分散とスピンロッキングを示す表面状態が出現することを明らかにするとともに、第一原理計算によって二次元ドメイン壁に沿ってその表面状態がロバストに伝搬することを数値的に確認している。今回提示した系は、質量を持つディラックフェルミ粒子の相対論的ダイナミクスを模擬できる卓上プラットフォームであり、表面状態は、反対質量の粒子のドメインを隔てる界面に結合したJackiw–Rebbi状態と解釈することができる。