Promotionsverteidigung MSc Steffen Weimann

Am Dienstag, dem 27. November 2018, verteidigt um 15:30 Uhr im Hörsaal I des Instituts für Physik Herr MSc Steffen Weimann (Angewandte Physik, AG Prof. Dr. Szameit) seine Dissertation zum Thema „Complex lattice modes in waveguide networks and photonic solids“.

Abstract
Photonic topological insulators have recently emerged as a highly relevant field of research, particularly due to their considerable potential for innovative applications. This new class of synthetic materials is characterized by topological invariants that give rise to mid-gap edge states. Being topologically protected, these states allow for robust and scatter-free transport along edges, around corners and even through disordered regions. In this talk, two novel fundamental concepts for the implementation of photonic topological insulators will be presented. First, the realization of a photonic topological insulator by means of a synthetic dimension is discussed. Along these lines, topological edge modes of a Harper-Hofstadter model in the synthetic space allow for topologically protected bulk transport in real space, that is, bulk waves that are scatter-free and robust to disorder. Second, the implementation of a PT-symmetric, topological interface state in non-Hermitian lattice structures is demonstrated. As PT symmetry is a pathway to real spectra despite the presence of gain and loss in the system, this work paves the way towards topological transport which is robust against the introduction of PT-symmetric gain/loss distributions.

Zusammenfassung
Aufgrund ihrer einzigartigen, topologischen Eigenschaften und ihres Anwendungspotentials sind unter anderen photonische, topologische Isolatoren zum Gegenstand intensiver Forschung herangewachsen. Diese Klasse synthetischer Materialien wird durch topologische Invarianten charakterisiert, welche mit dem Auftreten von Randmoden innerhalb von Bandlücken korrespondieren. Jeglicher Transport basierend auf diesen Randmoden ist streufrei entlang der Materialgrenzen sogar unter Vorhandensein von Ecken, Unordnung und Fehlstellen. Der Vortrag präsentiert zwei konzeptionelle Erweiterungen von solch topologisch geschütztem Transport. Zunächst wird die optische Implementierung eines topologischen Isolators in einem synthetischen Raum diskutiert. Die hierbei umgesetzten Randmoden des Harper-Hofstadter-Modells erlauben, nach unitärer Transformation ins Laborsystem, einen topologisch geschützten Transport durch das Zentrum des zwei-dimensionalen Materials. Im zweiten Teil des Vortrages wird, in einem nicht-Hermiteschen System, die Existenz einer PT-symmetrischen, topologischen Mode vorgeschlagen, und in einem Wellenleiternetzwerk optisch umgesetzt. PT-Symmetrie kann ein reelles Spektrum des Systems garantieren, trotz des Vorhandenseins von Quellen und Senken. Diese Arbeit legt damit die Grundlage für topologisch geschützten Transport, welcher robust selbst gegenüber der Einführung von Verlust und Verstärkung ist.

Organisator

  • Institut für Physik

Veranstaltungsort

  • Institut für Physik
    Albert-Einstein-Straße 23
    18059 Rostock

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