Experimental observation of the topological structure of exceptional points in an ultrathin hybridized metamaterial

物理 超材料 特征向量 拓扑(电路) 引力奇点 参数空间 厄米矩阵 光学 量子力学 几何学 数学 组合数学
作者
Ming Kang,Weiren Zhu,Ivan D. Rukhlenko
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:96 (6) 被引量:13
标识
DOI:10.1103/physreva.96.063823
摘要

The exceptional point (EP), which is one of the most important branch-type singularities exclusive to non-Hermitian systems, has been observed recently in various synthetic materials, giving rise to counterintuitive phenomena due to the nontrivial topology of the EP. Here, we present a direct experimental observation of the topological structure of the EPs via the angle-resolved transmission measurement of a hybridized metamaterial. Both eigenvalues and eigenvectors show branch-point singularities in the investigated biparametric space of frequency and incident angle. Importantly, the angle-resolved transmission coefficients provide all the information about the eigenvalues as well as the corresponding eigenvectors in the biparametric space, revealing the nontrivial topological structure of the EP, such as mode switching and the topological phase for a parameter loop encircling the EP. It is shown that the appearance of the EP in the scattering matrix is related directly to the perfect unidirectional transmission and the chirality of the EP corresponds to the maximum or minimum value of the asymmetric factor. Our investigation uncovers the capabilities of metamaterials for exploring the physics of EPs and their potential for having extreme optical properties, which provide potential applications in the spectral band ranging from microwaves to visible frequencies.

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