近日，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”为题发表在Nature Communications上。武汉大学为唯一署名单位，2016级博士王暮迪为第一作者，刘正猷教授为通讯作者。论文作者还包括武汉大学物理科学与技术学院2015级本科生周文怡、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。

论文链接地址：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-16843-z

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