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《Nature Physics》刊登劉正猷教授、邱春印副教授課題組最新成果

來源:MG娱乐官网  發布時間:2017-01-04 15:21:16 點擊次數:

2016年12月26日,自然子刊《Nature Physics》在線發表了題為“Observation of topological valley transport of sound in sonic crystals”的研究論文,武漢大學為第一署名單位。這項工作的第一作者為物理科學與技術學院的博士生陸久陽,通訊作者為邱春印副教授、劉正猷教授。該論文受到科技部973項目、國家自然科學基金委基金項目資助。

早在2016年2月,該課題組在物理頂級期刊《Phys. Rev. Lett.》上發表了題為“Valley vortex states in sonic crystals”的研究論文,第一作者、通訊作者同上。這項工作首次研究了經典波體系的谷態,揭示了其渦旋屬性并建立激發選擇定則。所謂谷態,是指能量在動量空間的極值態。在固體中,谷態的分立特性給電子提供了一個額外的自由度,從而有望用于未來的新型電子器件中。這篇PRL論文指出,聲谷態可由外部聲場直接激發,并通過探測聲子晶體內外的聲場分布展示其極化特性。這種渦旋手性鎖定的聲谷態輸運將為人們提供全新的聲波操控方式。考慮到聲和物質的相互作用,也可預期谷渦旋態的其它新奇應用,如旋轉操縱微顆粒等。

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基于以上工作,Nature Physics論文進一步指出,存在兩類完全不同的聲谷霍爾相,它們由聲谷態的渦旋取向和位置特性共同刻畫。有趣的是,在兩異相聲子晶體之間的界面可以支持拓撲保護的邊緣態。研究表明,這種邊緣態具備大量的傳統聲波導所沒有的新穎性質,例如谷選擇性激發、拐彎抗反射傳播等。具體地,研究所涉及的聲子晶體由正三角形散射體按六角晶格排列而成。這種設計充分利用了人工晶體的宏觀特性:旋轉散射體可以產生不同的晶體對稱性,從而調控能帶的關閉和打開,實現不同谷霍爾相的轉變。此外,除了調控工作頻率,旋轉散射體也可以方便地實現各種界面形態,從而靈活調控聲波在界面上的傳播。

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首次在聲波體系實驗觀察到谷霍爾相變及其誘導的邊界態,除了自身相關的應用以外(例如,聲波集成通信),也證實谷態物理在量子、經典體系的統一性。該研究將促進其它經典波體系對谷態物理的研究,如光子體系等,從而催生全新的應用。

劉正猷教授領導的課題組長期研究人工結構中聲波新穎傳播特性,累計發表Phys. Rev. Lett.10篇以上,這些研究成果引起國際同行的廣泛關注。鑒于在聲子、聲波領域的貢獻,劉教授于2015年被國際聲子學學會授予Brillouin獎。

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