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《Nature Physics》刊登刘正猷教授、邱春印副教授课题组最新成果

来源:武汉大学物理科学与技术学院 发布时间:2017-01-04 16:20:53 点击次数:

 

        2016年12月26日,自然子刊《Nature Physics》在线发表了题为“Observation of topological valley transport of sound in sonic crystals”的研究论文,武汉大学为第一署名单位。这项工作的第一作者为物理科学与技术学院的博士生陆久阳,通讯作者为邱春印副教授、刘正猷教授该论文受到科技部973项目、国家自然科学基金委基金项目资助。
        早在2016年2月,该课题组在物理顶级期刊《Phys. Rev. Lett.》上发表了题为“Valley vortex states in sonic crystals”的研究论文,第一作者、通讯作者同上。这项工作首次研究了经典波体系的谷态,揭示了其涡旋属性并建立激发选择定则。所谓谷态,是指能量在动量空间的极值态。在固体中,谷态的分立特性给电子提供了一个额外的自由度,从而有望用于未来的新型电子器件中。这篇PRL论文指出,声谷态可由外部声场直接激发,并通过探测声子晶体内外的声场分布展示其极化特性。这种涡旋手性锁定的声谷态输运将为人们提供全新的声波操控方式。考虑到声和物质的相互作用,也可预期谷涡旋态的其它新奇应用,如旋转操纵微颗粒等。
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    基于以上工作,Nature Physics论文进一步指出,存在两类完全不同的声谷霍尔相,它们由声谷态的涡旋取向和位置特性共同刻画。有趣的是,在两异相声子晶体之间的界面可以支持拓扑保护的边缘态。研究表明,这种边缘态具备大量的传统声波导所没有的新颖性质,例如谷选择性激发、拐弯抗反射传播等。具体地,研究所涉及的声子晶体由正三角形散射体按六角晶格排列而成。这种设计充分利用了人工晶体的宏观特性:旋转散射体可以产生不同的晶体对称性,从而调控能带的关闭和打开,实现不同谷霍尔相的转变。此外,除了调控工作频率,旋转散射体也可以方便地实现各种界面形态,从而灵活调控声波在界面上的传播。
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        首次在声波体系实验观察到谷霍尔相变及其诱导的边界态,除了自身相关的应用以外(例如,声波集成通信),也证实谷态物理在量子、经典体系的统一性。该研究将促进其它经典波体系对谷态物理的研究,如光子体系等,从而催生全新的应用。
刘正猷教授领导的课题组长期研究人工结构中声波新颖传播特性,累计发表Phys. Rev. Lett. 10篇以上,这些研究成果引起国际同行的广泛关注。鉴于在声子、声波领域的贡献,刘教授于2015年被国际声子学学会授予Brillouin奖。
 
附全文链接:

www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys3999.html

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