Модель Друде-Лоренца, которая позволяет описать нелинейный отклик диэлектрической или проводящей среды, может быть приспособлена для описания нелинейных нерезонансных откликов некоторых экзотических сред: топологических изоляторов, полуметалла Вейля или металла Дирака. Представлены обобщенная модель Друде-Лоренца и ее упрощенный вариант, в котором топологические эффекты учитываются в минимальной степени. Как пример применения упрощенной модели дан вывод нелинейной проводимости второго порядка, отвечающей за генерацию второй гармоники и эффект оптического выпрямления. Показано, что отношение топологической проводимости к обычной линейной проводимости содержит константы, пропорциональные постоянной тонкой структуры и градиенту аксионного поля.Ключевые слова: аксионное поле, связность Берри, кривизна Берри, топологический изолятор, сила Лоренца, нелинейная проводимость, поляризуемость, генерация второй гармоники.

The surface waves that propagate along the interface of a dielectric with nonlinear susceptibility of the third order and topological insulator have been considered. The optical nonlinearity of the dielectric ensures the existence of a surface wave. The density of the spin angular momentum of a surface wave has been determined for dielectrics with positive or negative linear permittivity. It has been shown that the spin angular momentum vector has a projection on the normal to the interface, which is different from the usual surface polaritons or plasmon polaritons. The discrete nature of the topological number manifests itself in the discreteness of the values of the normal and tangential components of the spin angular momentum density. The increase in the intensity of the electric field of the wave at the interface of the media changes the value of the spin angular momentum and can lead to its disappearance.

No abstract

Обычно поверхностная волна, бегущая вдоль раздела изотропных сред, обладает спиновым моментом, лежащим в плоскости раздела и перпендикулярным направлению распространения. Здесь показано, что если одна из сред является топологическим изолятором, вектор спинового момента имеет компоненту, нормальную к поверхности радела и пропорциональную целым нечетным числам. Появление нормальной компоненты спинового момента связано с топологическим магнитоэлектрическим эффектом, в результате которого поляризация волны меняется при переходе через границу раздела.