基于表面修饰的磁性光子晶体自导单向边缘态传输方法技术

本发明专利技术公开了一种基于表面修饰的磁性光子晶体自导单向边缘态传输方法，包括以下步骤：构造磁性光子晶体,所述磁性光子晶体包括有通孔的基材和由多个铁氧体柱组成，所述铁氧体柱置于通孔中；对所述铁氧体柱施加外加偏置磁场，以打开能带狄拉克简并点,生成可类比整数量子霍尔效应的带隙；如果此带隙处于归一化频率0.5以上，通过增大所述铁氧体柱横截面积或减小晶格常数，从而增大占空比，降低光子晶体此带隙的频率；通过改变边界铁氧体柱的大小引入表面缺陷，使磁性光子晶体投影能带出现单向边界态,从而实现能量的自导单向边缘传输。本发明专利技术实现电磁波束稳定的单向传输，当去掉某些边界铁氧体柱或在边界插入金属，不会改变其单向传输特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电磁波束的控制
，特别是涉及一种利用可调旋磁媒质（基于铁氧体的磁性光子晶体）实现电磁波束单向传输的方法，具体是一种磁性光子晶体自导单向边缘态传输方法，更具体是一种基于表面修饰的磁性光子晶体自导单向边缘态传输方法。
技术介绍
铁氧体材料为现阶段构成电磁单向边缘态的主要媒质。通过类比可类比整数量子霍尔效应，引入氧化铝等介质型光子晶体、金属档板等限制层抑制电磁波的空间辐射，或者通过类石墨烯结构的zigzag自导边界模式,实现了电磁波沿边界单一方向传播。上述方法中当引入氧化铝等介质型光子晶体后，添加新的光子晶体结构，使整体结构变得复杂，不宜集成。当引入金属档板等限制层抑制电磁波的空间辐射后，由于金属存在较强的吸收，电磁波会有损耗。通过类石墨烯结构的zigzag自导边界模式，存在单位面积中圆柱的较多，增大制作成本，且排列较为复杂的问题。
技术实现思路
专利技术目的：提供一种新的结构简单，实现方便的利用可调旋磁媒质（基于铁氧体的磁性光子晶体）实现电磁波束的控制方法，实现电磁波束稳定的单向传输。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种基于表面修饰的磁性光子晶体自导单向边缘态传输方法，包括以下步骤：（1）构造磁性光子晶体,所述磁性光子晶体包括有通孔的基材和由多个铁氧体柱组成，所述铁氧体柱置于通孔中；（2）对所述铁氧体柱施加外加偏置磁场，以打开能带狄拉克简并点,生成可类比整数量子霍尔效应的带隙；（3）如果此带隙处于归一化频率0.5以上，通过增大所述铁氧体柱横截面积或减小晶格常数，从而增大占空比，降低磁性光子晶体在此带隙的频率；（4）通过改变边界铁氧体柱的大小引入表面缺陷，使磁性光子晶体投影能带出现单向边界态,从而实现能量的自导单向边缘传输。进一步的，能量的单向边缘传输是自导的，不需要限制层。进一步的，所述铁氧体柱的材料为软磁。更进一步地，所述铁氧体柱的材料为钇铁石榴石铁氧体。进一步的，所述磁性光子晶体投影能带出现单向边缘态是通过改变边界圆柱的大小才会出现的。进一步的，所述铁氧体柱的形状为规则柱体，典型为圆柱体。进一步的，所述多个铁氧体柱构成阵列,该阵列不具有类似于石墨烯蜂窝阵列的空间破缺特性，典型为矩形阵列,进一步为正方点阵。进一步的，所述基材的介电常数介于1.0-1.18之间，典型为泡沫。进一步的，所述基材的上表面和下表面分别设有盖板，更进一步，盖板的材料为金属，优选为铝板。工作原理：在二维旋磁性光子晶体中,在外加磁场作用下,由于张量磁导率非对角线上元素的引入导致结构的时间反演对称性破缺，进而造成能带非零陈数的存在，使原来能带中的非线性简并态劈裂,在此带隙中存在单通边界态；通过增大铁氧体柱横截面积或减小晶格常数从而增大占空比的方法，降低磁性光子晶体在此带隙的频率，设计出现可类比整数量子霍尔效应的带隙处于归一化频率0.5以下（即空气线以下）；通过改变边界铁氧体柱的大小修饰表面引入离散线缺陷，使二维正方点阵磁性光子晶体投影能带出现单向边缘态。最终，实现了一种新型磁性光子晶体自导单向边界传输。所述表面为位于磁性光子晶体边界的铁氧体柱。所述表面缺陷为磁性光子晶体边界的铁氧体柱横截面大小不同于内部铁氧体柱。自导的含义是磁性光子晶体的边界外侧无需添加限制层。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术通过降低磁性光子晶体可类比整数量子霍尔效应带隙的频率以及改变边界铁氧体柱的大小实现能量的自导单向边缘传输。本专利技术避免了引入氧化铝等介质型光子晶体、金属档板等限制层抑制电磁波的空间辐射。同时，也不同于类石墨烯结构的zigzag自导边界模式。具有结构简单，加工容易，成本低廉，易于实现等优势。附图说明图1（A）示出了采用本专利技术方法设计磁性光子晶体的二维结构示意图。图1（B）示出了采用本专利技术方法设计磁性光子晶体的三维结构示意图。图2（A）示出了未设置外加磁场时能带结构仿真结果图。图2（B）示出了设置外加磁场时能带结构仿真结果图。图3（A）示出了未修饰表面时投影能带结构仿真结果图。图3（B）示出了改变边界铁氧体圆柱体的大小时投影能带结构仿真结果图。图4（A）示出了单向传输能流仿真图。图4（B）示出了边界第一排铁氧体圆柱体外侧的能流值。图5（A）示出了边界去掉一铁氧体圆柱体时，单向传输能流仿真图。图5（B）示出了边界去掉一铁氧体圆柱体时，边界第一排铁氧体圆柱体外侧的能流值。图6（A）示出了边界插入金属铝条时，单向传输能流仿真图。图6（B）示出了边界插入金属铝条时，边界第一排铁氧体圆柱体外侧的能流值。图7示出了矩形点阵（晶格常数a1≠a2）磁性光子晶体单向传输能流仿真图。图8（A）示出了采用本专利技术方法设计矩形点阵（晶格常数a1≠a2）正方形基元磁性光子晶体的二维结构示意图。图8（B）示出了矩形点阵（晶格常数a1≠a2）正方形基元磁性光子晶体单向传输能流仿真图。图9（A）示出了采用本专利技术方法设计矩形点阵（晶格常数a1≠a2）三角形基元磁性光子晶体的二维结构示意图。图9（B）示出了矩形点阵（晶格常数a1≠a2）三角形基元磁性光子晶体单向传输能流仿真图。图10（A）示出了采用本专利技术方法设计三角点阵圆形基元磁性光子晶体的二维结构示意图。图10（B）示出了三角点阵圆形基元磁性光子晶体单向传输能流仿真图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。本申请受淮安市信息功能材料研究重点实验室开放课题、江苏省自然科学基金资助(BK20130854)、国家级2014年大学生创新创业训练计划项目(项目批准号: 201410323018)和江苏省2014年大学生实践创新训练计划项目（项目批准号: 201410323018Z）支持。本专利技术一种基于表面修饰磁性光子晶体自导单向边界态传输方法，包括以下步骤：（1）构造磁性光子晶体,所述磁性光子晶体包括有通孔的基材和由多个铁氧体柱组成，所述铁氧体柱置于通孔中；（2）对所述铁氧体柱施加外加偏置磁场，以打开能带狄拉克简并点,生成可类比整数量子霍尔效应的带隙；（3）如果此带隙处于归一化频率0.5以上，通过增大所述铁氧体柱横截面积或减小晶格常数，从而增大占空比，降低磁性光子晶体在此带隙的频率；（4）通过改变边界铁氧体柱的大小引入表面缺陷，使磁性光子晶体投影能带出现单向边界态,从而实现能量的自导单向边缘传输。结合附图说明一种实现本专利技术的具体方案如下：如图1所示，本实施例中,其主要包括阵列铁氧体圆柱体1构成的磁性光子晶体和泡沫材质的基材2,铁氧体圆柱体位于泡沫材质的通孔中。基材2的上表面和下表面分别设有盖板3。磁性光子晶体为正方点阵,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于表面修饰的磁性光子晶体自导单向边缘态传输方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）构造磁性光子晶体,所述磁性光子晶体包括有通孔的基材和由多个铁氧体柱组成，所述铁氧体柱置于通孔中；（2）对所述铁氧体柱施加外加偏置磁场，以打开能带狄拉克简并点,生成可类比整数量子霍尔效应的带隙；（3）如果此带隙处于归一化频率0.5以上，通过增大所述铁氧体柱横截面积或减小晶格常数，从而增大占空比，降低磁性光子晶体在此带隙的频率；（4）通过改变边界铁氧体柱的大小引入表面缺陷，使磁性光子晶体投影能带出现单向边界态,从而实现能量的自导单向边缘传输。

【技术特征摘要】
1.一种基于表面修饰的磁性光子晶体自导单向边缘态传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）构造磁性光子晶体,所述磁性光子晶体包括有通孔的基材和由多个铁氧体柱组成，所述铁氧体柱置于通孔中；
（2）对所述铁氧体柱施加外加偏置磁场，以打开能带狄拉克简并点,生成可类比整数量子霍尔效应的带隙；
（3）如果此带隙处于归一化频率0.5以上，通过增大所述铁氧体柱横截面积或减小晶格常数，从而增大占空比，降低磁性光子晶体在此带隙的频率；
（4）通过改变边界铁氧体柱的大小引入表面缺陷，使磁性光子晶体投影能带出现单向边界态,从而实现能量的自导单向边缘传输。
2.根据权利要求1所述基于表面修饰的磁性光子晶体自导单向边缘态传输方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李清波，周平，孙慧玲，平学伟，李珊珊，
申请(专利权)人：淮阴师范学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32