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《Physical Review Letters》刊登邱春印教授、肖孟教授研究成果:聲學四極子拓撲絕緣體

來源:  發布時間:2020-05-21 16:22:51 點擊次數:

近期,我院邱春印教授和肖孟教授合作,構造并實現了四極子聲學拓撲絕緣體。該工作以“Acoustic realization of quadrupole topological insulator”為題發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。武漢大學是論文的唯一署名單位,第一作者是我院博士生戚亞娟,邱春印教授、肖孟教授為論文的共同通訊作者。論文合作者還包括何海龍博士后、柯滿竹教授以及劉正猷教授。這項工作受到國家自然科學基金的支持。

探索新的拓撲物態是近些年凝聚態物理的重點研究方向之一。拓撲物態的核心性質是體-邊界對應關系:對于n維的系統,一般具有(n-1)維的非平庸邊界態。例如,二維拓撲絕緣體具有拓撲非平庸的一維邊界態。近兩年,人們發現了一系列突破傳統體-邊對應關系的新拓撲物態,即高階拓撲絕緣體。不同于傳統的拓撲絕緣體,n維高階拓撲絕緣體具有(n-d)維拓撲邊界態,其中d>1。例如,二維(n=2)的二階(d=2)拓撲絕緣體具有零維(n-d=0)的拓撲邊界態,即表現為局域在樣品角上的拓撲態。

圖1:聲學正、負耦合的構造

圖2:聲學四極子拓撲絕緣體的構建

圖3:實驗檢測聲學四極子拓撲絕緣體的邊緣態和角態

最早提出且極具代表性的高階拓撲絕緣體是二維四極子拓撲絕緣體。對比于其它二維高階拓撲絕緣體,四極子拓撲絕緣體具備手性對稱性,其角態(即零維邊界態)釘扎在體帶隙中間,從而更具拓撲穩定性。盡管受到人們的廣泛關注,迄今為止,相關的實驗研究依然相當有限。究其原因在于,四極子拓撲絕緣體要求體系同時具備正和負的實耦合——這是一個非常苛刻的條件。這項研究介紹了一個簡單直接、易于實施的方案設計聲學耦合的符號(圖1),構建了嚴格滿足原始四極子拓撲絕緣體緊束縛模型的聲學類比(圖2),進而實驗觀察到了體系的層級拓撲特性(圖3)。這些具有拓撲魯棒性的帶隙態可望在聲學傳感或聲能捕獲等方面獲得應用。

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