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声拓扑绝缘油暗中表示图。双重狄拉克点北临能带反转搭乘飞机制。投影能带和边界态。

依照南大在人工微布局物理和材质(如声子晶体和光子晶体)方面切磋的长久堆放,该团体提出并在尝试上印证了依附声子晶体不经常简并的重复狄拉克点隔壁能带反转布局声拓扑绝缘材料的新机制。其基本原理是:在六角晶格声子晶体中,由于C6V对称性,使其兼具三个二维不可约表示,它为构造三个简并的赝自旋态提供了功底。随着占空比的连天下落,能够达成布里渊区主导多少个两重简并的能带从打开—闭合—再展开的进度。经验那几个进程后,声子晶体能带达成了反转,进而达成了声的拓扑绝缘子。在这里个机制中,利用七个偶发性简并的Bloch态之间的杂化造成了纵声波的赝自旋向上和赝自旋向下,而C6V对称性可确认保证那对富有赝自旋的声子Bloch态满意肖似费米猪时间反演对称性。利用声拓扑绝缘材料边界构成的拓扑边界态具备背散射制止的力量,实验验证,在拓扑波导中步入空穴、冬天和屈曲等老毛病,声波均可无背散射的通过,即所有声传出的鲁棒性,而健康波导则有醒目标反光。同期,他们抢眼地构造了一种“x”型的分路器模型[C.
He et al. Appl. Phys. Lett. 96, 111111
],使得赝自旋向上和赝自旋向下的声波具备完全两样的输入和出口通道,由此在半空中上分别出向上和向下的两类声子。这一异质布局第贰遍达成了在没有必要激发和希图出单一声赝自旋(常常情形下很费劲,极其是在不驾驭自旋态情况的情事下)的情事下,验证并达成声的自旋量子霍尔效应的方案:即声赝自旋向下逆时针单向传来而自旋向下则顺时针单向传播。

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拓扑绝缘油是近来来引起大伙儿超大关心的火热,其电子能带构造的拓扑性质使其抱有优秀的输运特征:如体相绝缘而边界为金属态、自旋相关的电子单向传播、背散射禁绝的鲁棒性等,这类材料可望在自旋电子学、热电以致量子音讯领域得到行使。如今几来来,玻色子的拓扑态也引起了人人的华而不实关切,比方对于光子,大家相继建议了光量子霍尔效应、光自旋量子霍尔效应和光拓扑绝缘油等。而对此声子来说,如空气声,因为它是偏振为零的冲击波,所以要想完毕空气声的拓扑态的两全颇为困难,原因是:1)空气声的无胫而行常常与外加磁场非亲非故,不能落到实处相仿磁光光子晶体中的光拓扑态。于今停止,唯有理论提议引进环形气流产生卓有成效“规度场”来兑现空气声的量子霍尔效应[X.
Ni et al., New J. of Phys. 17, 053016
]的希图,但鉴于动态调制带来的不安宁和噪声使得其在实验上难于贯彻[Q.
Wang et al., Sci. Rep. 5, 10880
空气声是微波,无法像光拓扑非导体那样选择其偏振性子布局一对满足赝时间反演对称的态[C.
He et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 113, 4924 ]。

本人校固体微布局物理国家首要实验室、今世工程与应用科学大学质感科学与工程系、人工微构造科学与技巧联合更改为主的卢明辉、刘晓平和陈延峰教师课题组在人工微构造物理与资料的商讨中取得突破,他们第一回在讨论上提议并在试验上达成了声拓扑绝缘纸及其量子自旋霍尔效应。相关成果以“Acoustic
topological insulator and robust one-way sound
transport”为题于2014年6月22日见报于《自然•物理》 [C. He et al., Nature
Physics,doi:10.1038/nphys3867]。

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图-2 声拓扑和正规波导对待样板照片。拓扑波导透射谱。规波导透射谱。

何程博士是舆论的第一笔者,卢明辉、刘晓平和陈延峰教授为同步通信作者。倪旭大学子,学士硕士葛浩,孙晓晨以至陈延彬副教师插手了这些课题的研究。钻探获得了科学和技术部首要商量安顿、国家自然科学基金委员会项目、中组部青年千人安排、湖北省级优异成品良青少年基金等类型的接济。

图-3 声自旋量子霍尔效应样板照片。声赝自旋-透射谱。声赝自旋+透射谱。

那些职业的要紧意义在于:1)第二遍提议并在尝试上得以完毕了声拓扑非导体,该模型布局轻易、易于结构,可望应用于声传出调节和降噪隔声等领域;2)验证了一种选用人工带隙质地中不经常简并Bloch态,为自旋为0的玻色子布局具有满足费米牛时间反演对称性的赝自旋态,进而完结玻色子拓扑非导体的新规律。3)提议并完结了一种选拔量子自旋霍尔效应完成声学分路器的原型器件。

(现代工程与应用科学高校 科学技艺处)

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