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我校在探索新奇拓扑物态的研究中取得突破性进展

信息来源:激光光谱研究所   时间:2021-02-19

近期,我校激光光谱研究所贾锁堂教授和陈刚教授率领的团队与武汉大学刘正猷教授等协作在探索新奇拓扑物态的研究中取得了突破性进展。通过堆垛二维笼目(Kagomé)声学晶格并引入双螺旋层间耦合,在国际上首次实验证实了高阶拓扑半金属相,并观察到其特征性的铰链态。相关效果以题为“Higher-order topological semimetal in acoustic crystals”于2021年2月15日宣布在Nature Materials (自然·资料学)。该论文以窝窝电影|窝窝影院|窝窝午夜看片|高清完整视频在线观看为第一单位,第一作者为博士研究生魏强,共同第一作者为硕士研究生张学伟,通讯作者为陈刚教授和刘正猷教授。

不同于一阶拓扑半金属,高阶拓扑半金属具有更丰厚的体-边对应,它不仅在样品外表上具有费米弧外表态,而且在不同外表的交线即棱上还有新奇的一维铰链态。这种受体拓扑维护的铰链态在传输时不受缺陷等影响,具有鲁棒性,有望促进电子、信息和半导体等领域的技术改造。然而,这种重要的高阶拓扑半金属相至今未能在实验上失掉证实,其主要原因是现有的理论模型条件和要求过于复杂和苛刻,给实验带来了极大的困难。

为了取得高阶半金属拓扑相,该研究团队首先从模型设计上创新:通过堆垛二维笼目三角晶格以形成三维结构,并引入具有三重旋转对称性的双螺旋层间耦合,从而使体能带发生外尔点简并,基于此即可在晶体正面的棱上发生拓扑非平庸的一维铰链态。这种具有双螺旋层间耦合的笼目晶格堆垛模型十分巧妙地解除了以往理论模型的苛刻要求以及在实验上的困难。在此基础上,利用3D打印技术制备了相应的声子晶体样品,通过测量棱态的能带色散及声压场散布,证实了这种设计确实是具有铰链态的高阶拓扑半金属。由于体系外尔点属于第一种类型,且拓扑荷反号的外尔点居相同频率,所以该高阶拓扑半金属为I类理想外尔半金属,这为研究高阶拓扑半金属的性质带来了极小气便。

图1:a,3D打印样品照片。b,原胞结构示意图。c,方向(左图)和高对称点(右图)的体能带色散。

d,实验测量(颜色条)和数值模拟(灰色圆圈)的费米弧外表态。

图2:a,数值模拟(灰色圆圈)和实验测量(颜色条)的投影能带色散。b,数值模拟的本征频率(左图)和实验测量的声压场响应曲线(右图)。c,在kz="0处,实验测量的体态(i,iv)、外表态(ii)和铰链态(iii)的声压场散布。d,在不同kz处,实验测量(左图)和数值模拟(右图)的铰链态声压场散布。

高阶拓扑半金属相的证实进一步拓展了对拓扑物态的认识,具有重要的科学意义。同时,这种位于拓扑半金属棱上的铰链态的发现为调控声波,乃至光波等经典波的传输提供了新的手段,也为设计新型低能耗拓扑电子资料或器件提供了新思路。

这项任务失掉量子光学与光量子器件国度重点实验室、极端光学省部共建协同创新中心、国度重点研发方案、国度自然科学基金、山西省“1331工程”重点学科树立方案的支持。

研究效果原文阅读链接:https://www.nature.com/articles/s41563-021-00933-4


陈刚教授简介:

陈刚,男,1979年1月出生,浙江诸暨人,民盟盟员,理学博士学位,教授职称,博士生导师,国度自然科学基金优秀青年基金、全国优秀博士学位论文和青年“三晋学者”取得者,是享受国务院政府特殊津贴专家。主要从事超冷原子分子物理、量子光学与量子信息和人工微结构等领域的研究。主持国度自然科学基金6项和省部级项目9项,取得浙江省科学技术一等奖一项(排名第一)。以第一或通讯作者在Nature Materials、Phys. Rev. Lett.、Phys. Rev. A/B等期刊上宣布学术论文76篇,所宣布论文被他人正面引用2000屡次。

Nature Materials介绍:

Nature Materials(ISSN:1476-1122)是由Springer Nature出版集团出版发行的资料领域的顶级期刊。2020年共宣布论文162篇,影响因子为38.663。

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