Algumas propriedades de ondas eletromagnéticas confinadas a guias de ondas constituídos por interfaces de isolantes topológicos - Melo, Thiago Martins (2011)
Nos últimos anos o conceito de ordem topológica tem sido largamente utilizado para classificar fases eletrônicas da matéria como, por exemplo, fases que apresentam efeito Hall quântico. Este efeito se manifesta em materiais com forte interação spin-órbita levando a fases denominadas isolantes topológicos. Um isolante topológico, assim como um isolante comum, possui bandas de valência e de condução separadas por um gap de energia, mas suporta estados de borda sem gap de energia em suas extremidades. Neste trabalho, revisamos as principais propriedades destes novos materiais, bem como, sua estrutura de bandas e a classificação topológica que os distingue dos isolantes triviais. Devido a superfície destes materiais exibirem estados sem gap energético, estes levam à uma condutividade Hall não-nula nas bordas, onde ocorre a manifestação do efeito magneto-elétrico topológico, que por sua vez, é descrito por um termo que acopla os campos elétrico e magnético, juntamente com uma espécie de campo de axion θ que assume valor π para isolantes topológicos e é nulo para isolantes triviais. O efeito magneto-elétrico topológico, modifica algumas propriedades fundamentais na propagação de ondas eletromagnéticas como: a rotação de Kerr e Faraday, ângulo de Brewster. Além de ser possível obter a quantização da resposta eletromagnética em unidades de constantes fundamentais como a constante de estrutura fina. Nesta dissertação, estudamos os efeitos de confinamento de ondas eletromagnéticas a guias de onda cujas paredes são constituídas de isolantes topológicos. Primeiramente abordamos o guia de onda retangular, obtendo as equações de onda, as componentes transversas dos campos elétrico e magnético e a dinâmica espacial das componentes axiais dos campos neste sistema. Posteriormente estudamos em mais detalhes um tipo específico de guia onda denominado slab, que por sua vez, simplifica a análise da propagação das ondas eletromagnéticas devido à simplicidade de algumas equações neste sistema, e as relacionamos com as condições de contorno não-triviais que se originam do efeito magneto-elétrico topológico. Em seguida comparamos os resultados obtidos com alguns guias onda usuais bem conhecidos na literatura.