周期性石墨烯盘表面拓扑边界传输态研究

廖秋雨，张煜熔，吴智杭，叶 婷，张克非

(1.西南科技大学 理学院，绵阳 621010；2.西南科技大学 计算机科学与技术学院，绵阳 621010)

引 言

光子晶体(photonic crystal，PC)具有操纵光子和控制光波传输的能力，但光在其中传播仍有一定的散射和损耗。将拓扑态引入光子系统中[1]，革新了传统光波的传输和控制。受拓扑保护的光子器件具有强鲁棒性，可对结构缺陷免疫，但由于衍射极限的存在使得器件的微型化受到工程限制。石墨烯是由单层碳原子经sp2杂化组成的新型2维纳米材料[2]，具有独特的电学和光学特性[3-5]，可充当一种实现量子霍尔效应的理想平台，在纳米量级尺度上实现拓扑保护的光子态。表面等离子体有很强的局域性，可突破衍射极限，为实现纳米尺寸的光电器件和全光集成电路提供了可能[6-9]。与传统的贵金属相比，将石墨烯作为表面等离激元材料不仅成本更低，还具有可调性等许多优点。

2009年，OCHIAI等人[10]在石墨烯蜂窝晶格光子晶体中讨论了狄拉克点、拓扑边界等内容，并研究了其拓扑相变。2013年，KHANIKAEV等人[11-12]通过实验使2维光子拓扑绝缘体和光的量子自旋霍尔效应得以实现。2015年，CONSTANT等人[13]在石墨烯中通过红外光的近场散射激发表面等离子体激元。2016年，SLOBOZHANYUK等人[14]设计了一种超材料光子晶体，具有工程各向异性，实现了拓扑保护态，并证明了拓扑结构下的强鲁棒性和无背向散射的特性。2017年，MA等人[15]用数值方法研究了石墨烯和1维光子晶体的复合结构对光波的吸收属性，发现复合结构吸收谱具有类似1维光子晶体通带结构的吸收带结构。……