刘正猷团队发现基于异质结构的声波拓扑波导态及一类新声学拓扑绝缘体

刘正猷团队利用含谷指数的声子晶体构筑异质结构，实现了谷锁定的声波拓扑波导输运。该工作以“Valley-locked waveguide transport in acoustic heterostructures”(《声学异质结构中声波的谷锁定波导输运》)为题发表在Nature Communications(《自然·通讯》)上。武汉大学为唯一署名单位，博士毕业生王暮迪为第一作者，刘正猷教授为通讯作者。论文作者还包括物理科学与技术学院2015级本科毕生周文怡、毕立亚，以及邱春印和柯满竹教授。

谷指数标记了动量空间中色散关系的一对极值，可作为一个新的自由度操控电子和各种经典波，近年来受到广泛关注。这项研究利用三个含谷指数的声子晶体相组成三明治状的异质结构(图1)，实现了拓扑保护的波导输运。这个波导态具有无带隙的色散和谷锁定的传播方向，具有抗散射能力，能实现无障碍传输。与具有拓扑界面态的简单两相畴壁结构相比，这个具有拓扑波导态的三相异质结构多了厚度属性，因而具有高通量，并能更方便地与现有声学器件进行对接。他们用这个异质结构实现了新颖的声波操控，例如声波分束，无反射输运和能量汇聚等(图2)。

图1：异质结构和谷锁定的拓扑波导态

图2：谷锁定的声波汇聚

与此同时，刘正猷团队与合作者在声学拓扑绝缘体研究中取得重要进展，实现了由赝自旋-轨道耦合诱导、拓扑不变量为自旋陈数的声学拓扑绝缘体。在单一声子晶体相的表面上即观察到自旋-动量锁定的螺旋性边缘态。该系统的本征自旋-轨道耦合显示自旋守恒破缺，导致边缘态在传输过程中展现自旋翻转新奇效应。这一成果也一同发表在Nature Communications上。

以上研究受国家自然科学基金重大及面上项目、国家重点研发项目等基金资助。

(编辑：肖珊)

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