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    人工微結構物理實驗室在Nature Communications上發表最新研究成果

    2020-06-29       瀏覽次數:10

      近日,華南理工大學物理與光電學院人工微結構物理實驗室團隊在二維拓撲聲子晶體中取得重要進展,實現了由贗自旋-軌道耦合誘導的聲自旋陳絕緣體。研究成果“Acoustic spin-Chern insulator induced by synthetic spin-orbit coupling with spin conservation breaking”(《自旋不守恒的情況下合成自旋軌道-耦合誘導的聲自旋陳絕緣體》)在線發表在Nature Communications上。其中,華南理工大學為論文的第一署名單位,鄧偉胤副教授和黃學勤教授為論文的共同第一作者,李鋒教授和武漢大學劉正猷教授為論文的共同通訊作者。論文的合作者包括陸久陽副教授,ETH的Sebastian D. Huber教授及其博士生Valerio Peri。

      發現具有體能隙和無能隙邊緣態的拓撲絕緣體為凝聚態物理開辟了新的方向。廣義而言,二維拓撲絕緣體可以分為兩類,一類是破壞時間反演對稱性的,例如量子(反常)霍爾絕緣體,其邊緣態是手性的;另一類是保持時間反演對稱性的,例如量子自旋霍爾絕緣體,具有螺旋性邊緣態。實現量子自旋霍爾絕緣體的關鍵是系統存在較強的自旋-軌道耦合,使得體能帶的波函數具有非平庸的拓撲性質。由自旋-軌道耦合誘導的拓撲相可以推廣到三維,也就是三維拓撲絕緣體。量子自旋霍爾絕緣體的拓撲性質可由Z2指標或自旋陳數描述。在自旋守恒的情況下,Z2指標和自旋陳數是等價的。實際上,自旋陳數的定義不依賴于自旋守恒和任何的對稱性,并已用于描述時間反演對稱性破缺的拓撲絕緣體和贗自旋拓撲絕緣體,從而產生了自旋陳絕緣體的概念。自旋陳絕緣體具有螺旋性邊緣態,但是否為無能隙,取決于系統的對稱性和樣品邊界的微觀結構。

      以往對聲學拓撲絕緣體的研究,側重于將拓撲模式限制在不同聲子晶體相之間疇壁處的界面態。盡管這些研究本身很有趣,但是它們具有一個重要的技術缺點:通常不可能在單聲子晶體相的邊緣上產生這樣的模態。該研究工作實現了由贗自旋-軌道耦合誘導的聲學自旋陳絕緣體(圖1a),觀測到沿單聲子晶體相的邊緣傳播的螺旋性邊緣態(圖1b)并驗證其魯棒性(圖1c),并在H型樣品中觀察到邊緣態的自旋翻轉效應(圖1d)。


    聲學自旋陳絕緣體

    據了解,物理與光電學院人工微結構物理實驗室聲學團隊主要研究經典波中的拓撲物理和新奇的輸運行為,已經以華南理工大學為第一單位在Nature Physics、Nature Materials、Nature Communications和Physical Review Letters等期刊上發表多篇文章。該項工作得到國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金、廣東省珠江人才計劃項目、廣東省杰出青年基金、中央高?;究蒲谢痦椖康闹С?。(圖文/物理與光電學院)

     

    附:論文鏈接

    https://www.nature.com/articles/s41467-020-17039-1


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