陳剛教授團隊拓撲保護邊界態輸運研究獲進展

　　 近日，山西大學激光光譜研究所陳剛教授帶領的團隊與武漢大學劉正猷教授等合作，在拓撲邊界態輸運方面取得了重要進展。通過堆垛具有交錯在位能的雙層六角晶格，引入二聚型層間耦合，在國際上首次實驗證實了基于鉸鏈態的三維魯棒輸運。相關成果題為“3D Hinge Transport in Acoustic Higher-Order Topological Insulators”于12月17日發表在Physical Review Letters（《物理評論快報》）。該論文以山西大學激光光譜研究所為第一單位，第一作者為博士研究生魏強，共同第一作者為碩士研究生張學偉，通訊作者為陳剛和劉正猷。

　　在拓撲絕緣體的范式中，拓撲保護邊界態的發現為探索新的輸運現象開辟了新途徑。這種邊界態具有魯棒性，即使在無序和雜質的影響下，依然能保持其單向傳輸的特性，因而在電子和經典波器件中具有廣闊的應用潛力。近年來，三維二階拓撲絕緣體因其在棱上展現新奇的鉸鏈態而引起了廣泛關注。到目前為止，實驗只觀察到了單一方向的鉸鏈態。但這種鉸鏈態能否同時存在于三個獨立方向上還有待證實。

　　為解決這個問題，研究團隊利用雙層六角晶格，引入交錯在位能，沿著z方向以二聚型層間耦合的方式堆疊形成三維結構。通過合理的設置參數，獲得四個區域，進一步根據Jackiw-Rebbi機制，在疇壁上獲得沿著三個獨立方向的鉸鏈態。在此基礎上，利用3D打印技術制備了聲子晶體樣品，通過測量元胞中的聲壓場，實驗觀察到了三個獨立方向的鉸鏈態色散和對應的聲壓場分布，以及從鉸鏈到鉸鏈的三維魯棒輸運。這種新型的聲波傳輸現象為設計非常規功能聲學器件奠定了重要的基礎。

　　該工作得到量子光學與光量子器件國家重點實驗室、極端光學省部共建協同創新中心、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、山西省“1331工程”重點學科建設計劃的支持。