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科研进展

《Physical Review Letters》刊登邱春印教授、肖孟教授研究成果:声学四极子拓扑绝缘体

来源:  发布时间:2020-05-21 16:22:51 点击次数:

近期,我院邱春印教授和肖孟教授合作,构造并实现了四极子声学拓扑绝缘体。该工作以“Acoustic realization of quadrupole topological insulator”为题发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。武汉大学是论文的唯一署名单位,第一作者是我院博士生戚亚娟,邱春印教授、肖孟教授为论文的共同通讯作者。论文合作者还包括何海龙博士后、柯满竹教授以及刘正猷教授。这项工作受到国家自然科学基金的支持。

探索新的拓扑物态是近些年凝聚态物理的重点研究方向之一。拓扑物态的核心性质是体-边界对应关系:对于n维的系统,一般具有(n-1)维的非平庸边界态。例如,二维拓扑绝缘体具有拓扑非平庸的一维边界态。近两年,人们发现了一系列突破传统体-边对应关系的新拓扑物态,即高阶拓扑绝缘体。不同于传统的拓扑绝缘体,n维高阶拓扑绝缘体具有(n-d)维拓扑边界态,其中d>1。例如,二维(n=2)的二阶(d=2)拓扑绝缘体具有零维(n-d=0)的拓扑边界态,即表现为局域在样品角上的拓扑态。

图1:声学正、负耦合的构造

图2:声学四极子拓扑绝缘体的构建

图3:实验检测声学四极子拓扑绝缘体的边缘态和角态

最早提出且极具代表性的高阶拓扑绝缘体是二维四极子拓扑绝缘体。对比于其它二维高阶拓扑绝缘体,四极子拓扑绝缘体具备手性对称性,其角态(即零维边界态)钉扎在体带隙中间,从而更具拓扑稳定性。尽管受到人们的广泛关注,迄今为止,相关的实验研究依然相当有限。究其原因在于,四极子拓扑绝缘体要求体系同时具备正和负的实耦合——这是一个非常苛刻的条件。这项研究介绍了一个简单直接、易于实施的方案设计声学耦合的符号(图1),构建了严格满足原始四极子拓扑绝缘体紧束缚模型的声学类比(图2),进而实验观察到了体系的层级拓扑特性(图3)。这些具有拓扑鲁棒性的带隙态可望在声学传感或声能捕获等方面获得应用。

论文链接地址:https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.124.206601


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