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我国首次实现声拓扑绝缘体的量子自旋霍尔效应
湖南省科学技术厅门户网站
发布时间：
2016-11-01 00:00
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拓扑绝缘体近年来引起社会极大关注，其电子能带结构的拓扑性质使之具有独特的输运特征，有望在自旋电子学、热电以及量子信息领域获得应用。同时，玻色子（光子和声子）的拓扑态也引起了学术界的广泛关注，对于光子，科学家相继提出了光量子霍尔效应、光自旋量子霍尔效应和光拓扑绝缘体等理论。但由于声子纵波偏振为零，空气声的拓扑态设计极为困难。
南京大学固体微结构物理国家重点实验室基于在人工微结构物理和材料（如声子晶体和光子晶体）方面研究的长期积累，通过实验验证了基于声子晶体偶然简并的双重狄拉克点附近能带反转构造声拓扑绝缘体的新机制。其基本原理是：在六角晶格声子晶体中，C6V的对称性使其具有两个二维不可约表示，它为构造四个简并的赝自旋态提供了基础。随着占空比（半径/晶格常数）的连续降低，可以使布里渊区中心两个两重简并的能带实现从打开、闭合到再打开的全过程。声子晶体能带实现了反转，从而实现声的拓扑绝缘体设计。
此项研究首次提出并在实验上实现了声拓扑绝缘体，该模型结构简单、易于构造，有望应用于声传播调控和降噪隔声等领域。验证了利用人工带隙材料中偶然简并Bloch态，为自旋为0的玻色子构造具有满足费米子时间反演对称性的赝自旋态，从而实现玻色子拓扑绝缘体的新原理，提出并实现了一种利用量子自旋霍尔效应实现声学分路器的原型器件。相关成果已在《自然·物理》期刊上发表。
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