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劉正猷團隊發現基于異質結構的聲波拓撲波導態及一類新聲學拓撲絕緣體

來源:  發布時間:2020-07-01 11:16:04 點擊次數:

近日,劉正猷團隊利用含谷指數的聲子晶體,構筑異質結構,實現了谷鎖定的聲波拓撲波導輸運。該工作以“Valley-locked waveguide transport in acoustic heterostructures”為題發表在Nature Communications上。武漢大學為唯一署名單位,2016級博士王暮迪為第一作者,劉正猷教授為通訊作者。論文作者還包括MG娱乐官网2015級本科生周文怡、畢立亞,以及邱春印和柯滿竹教授。

谷指數標記了動量空間中色散關系的一對極值,可作為一個新的自由度操控電子和各種經典波,近年來受到廣泛關注。這項研究利用三個含谷指數的聲子晶體相組成三明治狀的異質結構(圖1),實現了拓撲保護的波導輸運。這個波導態具有無帶隙的色散和谷鎖定的傳播方向,具有抗散射能力,能實現無障礙傳輸。與具有拓撲界面態的簡單兩相疇壁結構相比,這個具有拓撲波導態的三相異質結構多了厚度屬性,因而具有高通量,并能更方便地與現有聲學器件進行對接。他們用這個異質結構實現了新穎的聲波操控,例如聲波分束,無反射輸運和能量匯聚等(圖2)。

圖1:異質結構和谷鎖定的拓撲波導態

圖2:谷鎖定的聲波匯聚

與此同時,劉正猷團隊與合作者在聲學拓撲絕緣體研究中取得重要進展,實現了由贗自旋-軌道耦合誘導、拓撲不變量為自旋陳數的聲學拓撲絕緣體。在單一聲子晶體相的表面上即觀察到自旋-動量鎖定的螺旋性邊緣態。該系統的本征自旋-軌道耦合顯示自旋守恒破缺,導致邊緣態在傳輸過程中展現自旋翻轉新奇效應。這一成果也一同發表在Nature Communications上。

以上研究受國家自然科學基金重大及面上項目、國家重點研發項目等基金資助。

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