刘正猷、邱春印、柯满竹团队在拓扑声学领域连续发表两项成果

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新闻网讯(通讯员张一飞)物理科学与技术学院刘正猷、邱春印、柯满竹研讨队在拓扑声学范畴接连宣布两项研讨成果。一篇题为“Observation of quadratic Weyl points and double-helicoid arcs”(《二次型Weyl点和双螺旋费米弧的试验观测》)的论文,宣布于(Nature Communications《天然•通讯》)上,另一篇标题为“Symmetry-enforced three-dimensional Dirac phononic crystals”(《对称性确保的三维狄拉克声子晶体》)的论文,宣布于Light:Science & Applications(《光:科学与使用》)上。

论文“Observation of quadratic Weyl points and double-helicoid arcs”榜首署名单位为武汉大学,何海龙博士后为榜首作者,邱春印教授、刘正猷教授为论文一起通讯作者。这项作业的合作者还包含武汉大学博士生蔡祥曦,武汉大学肖孟教授、柯满竹教授,以及美国UT Dallas大学张帆教授。这两项研讨受国家重点研制项目、国家天然科学基金委重大项目等基金赞助。

近年来,人们对拓扑半金属进行了很多研讨。其间典型的比如是狄拉克半金属和外尔半金属(别离以三维布里渊区中孤立的四重和二重线性简并为特征),它们是高能物理的类比物。最近,逾越以上高能类比的“非惯例准粒子”在凝聚态物理和资料科学范畴引起了极大重视。

根据三维手性声子晶体,这项研讨试验报导了二次型外尔点及其相应的双螺旋拓扑外表态。差异于现有的“非惯例准粒子”,如三重或四重线性简并的自旋-1外尔点和荷-2狄拉克点,这儿的二次型外尔点是二重简并点,在其邻近沿两个方向是抛物型、第三个方向是线性(见图1)。除以上失常的体色散特征外,还试验提醒了共同的双螺旋拓扑外表态,它从二次型外尔点动身,终止于两个惯例的线性外尔点,进一步为这种非惯例的拓扑节点供给了确凿的试验依据(见图2)。

图1:(a)声子晶体中四个不同外尔点的部分扩大图,其间Γ点和A点的二重简并点为二次型外尔点,其它为惯例外尔点。(b-d)相应的试验证明。

图2:双螺旋拓扑外表态的试验验证。

论文“Symmetry-enforced three-dimensional Dirac phononic crystals”的仅有署名单位为武汉大学,物理科学与技术学院博士生蔡祥曦为榜首作者,叶莉萍博士后、刘正猷教授为一起通讯作者。这项作业的合作者还包含邱春印教授、肖孟教授、余睿教授,以及柯满竹教授。

发现新的拓扑物态已成为根底物理学和资料科学的一个重要方针。作为最具代表性的拓扑物态之一,三维狄拉克半金属(DSM)是探究拓扑相变和其他新颖拓扑量子态的绝佳渠道。它能够包容许多共同的传输特性,如失常磁阻和超高迁移率。现在,研讨者们发现DSM相可偶尔呈现于正常绝缘体和拓扑绝缘体的改变处。要到达这样的临界点,需要对资料的化学组分进行微调,这一点在试验上很难完成。三维DSM也能够在不微调资料组分的情况下呈现,首要分为两大类。榜首类是根据能带回转机制,已在Na3Bi和Cd3As2中完成。在这类体系中,狄拉克点一直成对呈现在动量空间的旋转轴上;在保持晶体对称性不变的情况下,能够经过接连调理参数将它们成对湮灭。第二类DSM中的狄拉克点稳定地钉扎在布里渊区的离散高对称点上。明显差异于榜首类体系,这类狄拉克点受非点式空间群确保,在保持晶体对称性的景象下无法消除。虽然人们现已提出一些固态候选资料,因为资料组成的巨大应战,这类对称性确保的狄拉克晶体没有试验完成。最近,人们使用经典波体系(如声子晶体)完成了许多不同的拓扑物态;这类结构参数可控的微观体系也为探究全新的拓扑物理供给了机会。

在这项作业中,研讨人员结构并完成了对称性确保的三维狄拉克声子晶体(见图3)。经过声学试验丈量角分辩透射谱,试验表征了体系的狄拉克点(见图4)。此外,试验丈量的外表声场及其相关的傅里叶谱提醒了无能隙的四螺旋外表态(见图5),这和以往在电子体系中观察到的双费米弧外表态明显不同。以此晶体结构为动身点,可经过下降晶体对称性的方法,规划各种风趣的三维声学拓扑态。值得指出,这儿狄拉克点周围的色散呈各向同性。因而,该微观体系可为研讨对相对论物理供给新的机会,并为声学使用范畴供给共同的渠道。

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