Plasmonic Resonances of Magnetic Nanolattices - Simulating broken T-symmetry
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2022-01-25
Department
Major/Subject
Materials Physics and Quantum Technology
Mcode
SCI3107
Degree programme
Master’s Programme in Engineering Physics
Language
en
Pages
65
Series
Abstract
The goal of this study is to introduce broken time-reversal symmetry into plasmonic nanolattice simulations. This is done by solving the scattering problem for a spherical particle with a non-diagonal electrical permittivity tensor. The resulting T-Matrix is then integrated into a plasmonic lattice solver (QPMS). The process of designing a lattice with magnetic effects is discussed. This includes general findings and relations that should be considered when simulating a lattice. From the simulations, the magnetic bands can be identified and associated degeneracy is lifted at some high-symmetry points in the Brillouin zone. The split is confirmed to be linearly proportional to the off-diagonal electrical permittivity. With the simulations, a system is designed where the lifted degeneracy could be measured. It is observed that breaking time-reversal symmetry is not necessarily sufficient for creating topological bands in a square lattice. This work lays the foundation to searching for topological bands in more complex lattice geometries and in lattices with more complex particles.Tutkimuksen tavoitteena on kehittää plasmonihilasimulaatioita topologisesti varautuneiden energiatilojen löytämiseksi. Kun otamme huomioon ei-diagonaaliset permittiivisyydet sirontayhtälöä ratkaistaessa, on mahdollista simuloida aikasymmetrian rikkovia materiaaleja. Näiden magneettisten materiaalien T-matriisit voidaan yhdistää olemassa oleviin plasmonihilasimulaatiohin (QPMS). Työssä havaitaan aikasymmetrian rikkoutumisesta johtuvien energia-aukkojen muodostuminen. Nämä aukot löytyvät Brillouinin vyöhykkeen keskeltä ja kulmasta, eli käänteishilan erikoissymmetriapisteistä. Havaitaan, että aukon suuruus on suoraan verrannollinen hilan materiaalien ei-diagonaaliseen permittiivisyyteen. Tutkimuksessa esitellään sekä tarkastellaan magneettisen nanohilan suunnitteluun liittyviä näkökulmia ja verrannollisuuksia. Suunnittelemalla hila, jossa nanopallojen koko, jaksollisuus, materiaali sekä viritysenergia ovat optimoituja on mahdollista luoda systeemi, jossa energia-aukko on mitattavissa. Työssä havaitaan, että pelkästään aikasymmetrian rikkominen ei takaa topologisesti varautuneiden energiatilojen muodostumista nanopalloneliöhilassa. Tutkimuksen tuloksia voidaan käyttää pohjana topologisesti varautuneiden tilojen metsästämisessä vaihtoehtoisista systeemeistä, jotka poikkeavat tutkimuksessa esitetyistä systeemeistä hilarakenteeltaan tai muodoltaan.Description
Supervisor
Törmä, PäiviThesis advisor
Törmä, PäiviKeywords
plasmonics, time-reversal symmetry, topological physics, T-matrix method, QPMS