物质奇异拓扑状态的发现是凝聚态物理和材料科学蓬勃发展的研究主题。高阶拓扑绝缘子的概念赋予材料具有超出一阶的拓扑状态。尽管高阶拓扑绝缘子的概念是在电子系统中首次提出并于近期实现的，但是二阶甚至三阶拓扑绝缘子已经在光子晶体，声晶体和电路，得益于它们的宏观规模和制造的灵活性。
2021年2月15日，山西大学陈刚及武汉大学刘正猷共同通讯在Nature Materials（IF=39）在线发表题为”Higher-order topological semimetal in acoustic crystals“的研究论文，该研究报告了在3D打印的声晶体中实现二阶拓扑Weyl半金属的实现，该晶体在3D动量空间中具有Weyl点，在表面上具有2D 费米电弧态，在铰链上具有1D无间隙态。像弧面状态一样，铰链状态也连接Weyl点的投影。该研究的实验结果证明了高阶拓扑半金属的存在，这可能为创新的声学设备铺平了道路。
物质奇异拓扑状态的发现是凝聚态物理和材料科学蓬勃发展的研究主题。对于带隙相，常规d维（dD）拓扑绝缘体具有D个无间隙（d-1）边界状态。最近，发现高阶拓扑绝缘体表现出扩展的体-边界对应关系，即dD n阶拓扑绝缘体具有（d-n）D边界态。例如，一个2D二阶拓扑绝缘体拥有0D角状态，而一个3D则拥有1D铰链状态。尽管高阶拓扑绝缘子的概念是在电子系统中首次提出并于近期实现的，但是二阶甚至三阶拓扑绝缘子已经在光子晶体，声晶体和电路，得益于它们的宏观规模和制造的灵活性。
对于无间隙相，3D动量空间中节点的拓扑结构引起了拓扑半金属（TSM）的概念，例如Weyl和Dirac半金属。与拓扑绝缘子不同，常规3D TSM通常以2D非闭合表面弧边界状态为特征，与闭合表面圆的状态相反。一个自然的问题是，是否存在承载1D铰链状态的3D高阶TSM。最近，有人提出了一些3D高阶TSM，但是，高阶TSM尚未在实验中实现。
在这项工作中，报告了声晶体中3D二阶TSM（SOTSM）的实现，该声晶体是通过叠加具有双螺旋层间耦合的kagomé晶格构成的。SOTSM包含2D费米弧表面状态和1D无间隙铰链状态，这些状态连接Weyl点的投影，这些投影是由镜面和C3对称性保护的与kz相关的偏振导致的。该研究首先通过紧密绑定模型说明SOTSM的拓扑特性，然后介绍Weyl点，费米弧表面状态和铰链状态的实验观察。理论，模拟和实验结果吻合良好。
总而言之，在开创性的理论预测基础上，该研究实现了3D声学SOTSM，它具有1D无间隙铰链状态，并具有体积-铰链对应关系。该研究工作具体化了高阶TSM，具有根本的意义和潜在的实际应用。
https://www.nature.com/articles/s41563-021-00933-4
来源：iNature
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