中国科学技术大学蒋建华教授团队联合叶史瓦大学埃米尔·普罗丹教授和福特汉姆大学卡梅利娅·普罗丹教授团队成功在声子晶体中实验观测到D类拓扑物态。该成果发表在Science Bulletin 2024年第7期。
研究背景
拓扑材料和拓扑超材料为实现和操控具有反常性质的物质相提供新范式。拓扑D类相是具有粒子-空穴对称性的十重分类拓扑相的重要组成部分。在二维情况下，拓扑D类相支持沿着材料边界传输的边缘态。该拓扑态可以用于模拟难以理解的马约拉纳基本粒子的性质。对D类拓扑态中的通量狄拉克-螺线管的编织可以应用于拓扑量子计算。因此，对二维D类拓扑态的研究是前沿研究热点。然而，实验上实现D类拓扑态仍然面临诸多挑战和困难。
成果介绍
该研究把跃迁系数为复数的D类拓扑绝缘体变换到跃迁系数为实数的DIII类拓扑绝缘体。构造基于腔棍模型的声子晶体结构，在连续频谱范围内实现D和DIII类拓扑绝缘体的粒子-空穴对称性和类费米子时间反演对称性。基于泵浦-探测的声学实验测量方案，实现D类拓扑绝缘体的具有相反陈数的一对螺旋边缘态。该研究为实验实现拓扑物质相提供新途径，有望给基础物理、材料科学和声子信息处理带来一定的启发。
图文速览
基于DIII类拓扑绝缘体哈密顿量的声子晶体模型的构建以及相应的边缘态的输运
(a) DIII类拓扑边缘态示意图；
(b) 二维声子晶体示意图；
(c)，(d) 声子晶体两个最近邻原胞沿着x 和y方向的具体耦合方式。
(e)-(g) 拓扑D类绝缘体边缘态沿着逆时针，顺时针和顺逆时针的输运以及其抗缺陷免疫输运(h)。
作者简介
蒋建华
中国科学技术大学教授。主要从事拓扑光子学/声子学、非平衡统计物理等方面的研究。拓展了利用室温光子和声子系统发现新颖拓扑物理效应的研究，特别在拓扑体-缺陷对应关系、高阶拓扑态、非阿贝尔拓扑态等方面做出了一系列享有国际声誉的工作，并在非平衡统计物理和非常规热电效应方面做了一系列基础性、开拓性的工作。
个人主页：https://mesointegrate.com
埃米尔·普罗丹
Yeshiva大学教授。普罗丹博士是2016年凯克基金研究奖的获奖者之一，参与了合作项目“基于拓扑声子边缘模的新材料工程”。他还在2011年因其提案“拓扑绝缘体中的强随机和电子相互作用效应”而获得了NSF CAREER奖。普罗丹博士和他的合作者赫尔曼•舒尔茨-巴尔德斯2016年在斯普林格数学物理研究系列中出版了专著《复杂拓扑绝缘体的体内和边界不变量：从K理论到物理学》。
卡梅利娅·普罗丹
福特汉姆大学物理系教授。她在休斯顿大学获得物理学博士学位，并在加州大学圣塔芭芭拉分校物理系进行了博士后研究。她的研究重点和研究兴趣是人工超材料和生物系统中的拓扑振动模式。
文章信息
Shi-Qiao Wu, Wenting Cheng, Xiao-Yu Liu, Bing-Quan Wu, Emil Prodan, Camelia Prodan, Jian-Hua Jiang. Observation of D-class topology in an acoustic metamaterial. Science Bulletin 2024;69(7): 893-900
https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.01.041
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