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《Light: Science & Applications》發表我院劉正猷、邱春印、柯滿竹團隊研究成果

來源:  發布時間:2020-05-10 09:08:23 點擊次數:

近日,Light: Science & Applications在線發表了物理科學與技術學院劉正猷、邱春印、柯滿竹研究團隊的最新研究成果。論文題目為Symmetry-enforced three-dimensional Dirac phononic crystals(《對稱性保證的三維狄拉克聲子晶體》)。

武漢大學為論文唯一署名單位,物理科學與技術學院博士生蔡祥曦為第一作者,葉莉萍博士后、劉正猷教授為通訊作者。這項工作的合作者還包括邱春印教授、肖孟教授、余睿教授,以及柯滿竹教授。該研究受國家重點研發項目、國家自然科學基金委重大項目等基金資助。

發現新的拓撲物態已成為基礎物理學和材料科學的一個重要目標。作為最具代表性的拓撲物態之一,三維狄拉克半金屬(DSM)是探索拓撲相變和其他新穎拓撲量子態的絕佳平臺。它可以容納許多奇特的傳輸特性,如反常磁阻和超高遷移率。目前,研究者們發現DSM相可偶然出現于正常絕緣體和拓撲絕緣體的轉變處。要達到這樣的臨界點,需要對材料的化學組分進行微調,這一點在實驗上很難實現。三維DSM也可以在不微調材料組分的情況下出現,主要分為兩大類。第一類是基于能帶反轉機制,已在Na3Bi Cd3As2中實現。在這類體系中,狄拉克點始終成對出現在動量空間的旋轉軸上;在維持晶體對稱性不變的情況下,可以通過連續調節參數將它們成對湮滅。第二類DSM中的狄拉克點穩定地釘扎在布里淵區的離散高對稱點上。顯著區別于第一類體系,這類狄拉克點受非點式空間群保證,在維持晶體對稱性的情形下無法消除。盡管人們已經提出一些固態候選材料,由于材料合成的巨大挑戰,這類對稱性保證的狄拉克晶體尚未實驗實現。最近,人們利用經典波體系(如聲子晶體)實現了許多不同的拓撲物態;這類結構參數可控的宏觀體系也為探索全新的拓撲物理提供了機遇。

在這項工作中,研究人員構造并實現了對稱性保證的三維狄拉克聲子晶體(見圖1)。通過聲學實驗測量角分辨透射譜,實驗表征了體系的狄拉克點(見圖2)。此外,實驗測量的表面聲場及其相關的傅里葉譜揭示了無能隙的四螺旋表面態(見圖3),這和以往在電子體系中觀察到的雙費米弧表面態顯著不同。以此晶體結構為出發點,可通過降低晶體對稱性的方式,設計各種有趣的三維聲學拓撲態。值得指出,這里狄拉克點周圍的色散呈各向同性。因此,該宏觀系統可為研究對相對論物理提供新的機遇,并為聲學應用領域提供獨特的平臺。


圖1. 聲子晶體中對稱性保證的狄拉克點以及四螺旋拓撲表面態

圖2. 實驗表征狄拉克點

圖3. 實驗觀測四螺旋拓撲表面態



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