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《自然》:武汉大学刘正猷邱春印团队发现拓扑表面态负折射效应
爱因斯坦 2018-08-04
导语

基于一种新型的声学人工结构材料,即外尔声子晶体,这项研究报道了一类全新的界面波动响应——即拓扑正折射和拓扑负折射。区别于以往的折射现象,这里反射波完全被抑制。

8月2日, Nature (《自然》)在线发表了我校物理科学与技术学院刘正猷、邱春印教授的新研究成果

论文题为“Topological negative refraction of surface acoustic waves in a Weyl phononic crystal”(《外尔声子晶体中的声表面波拓扑负折射》),第一署名单位为武汉大学,博士生何海龙为第一作者,邱春印、刘正猷为通讯作者。

日常生活经验告诉我们,光波在不同介质的界面上会发生反射和折射。事实上,对任何形态的波场,例如声波,这些基本的界面效应都会存在,并为设计各种波动元器件奠定了理论基础。早期的研究集中于均匀介质之间的界面,相对于入射波而言,折射波束出现在界面法线的两侧——现在称为正折射。随着人工结构材料的发展,人们发现了另一种折射效应,即负折射。顾名思义,负折射发生在界面法线的同侧。这种反常的界面效应有望用于实现光学或声学超分辨成像。需要注意的是,这些折射过程总是伴随着界面反射,从而降低器件的功效。

图:从左到右依次为正折射、负折射、拓扑正折射、拓扑负折射;对比于普通的折射现象,拓扑正、负折射过程中的反射(虚线箭头)完全被抑制。图中箭头1标记入射束,2标记反射束,3标记折射束。

基于一种新型的声学人工结构材料,即外尔声子晶体,这项研究报道了一类全新的界面波动响应——即拓扑正折射和拓扑负折射。区别于以往的折射现象,这里反射波完全被抑制。研究表明,这种有趣的界面现象直接和外尔声子晶体的能带拓扑特性有关。这项研究不仅更新了对界面声学的理解,也将促进对固体“外尔半金属”的物性研究。

图:外尔声子晶体表面态的拓扑正、负折射示意图,其中折射界面为样品相邻表面之间的棱。

这项工作的共同作者还包括武汉大学博士生叶莉萍、蔡祥曦、范喜迎,武汉大学教授柯满竹,以及美国UT Dallas大学张帆博士。该研究受国家科技部973项目、国家自然科学基金委项目等基金资助。

值得一提的是,刘正猷领导的研究团队长期研究人工结构中的声波传播特性,取得了一系列创新性研究成果。近三年来,分别提出声波能谷自由度的概念、发现声谷态拓扑边界输运,首次观察了到声子晶体中的外尔点并研究相关的声表面波拓扑输运性质等。基于这些研究成果,在Nature(《自然》,1篇),Nature Physics(《自然-物理》,2篇),以及Phys.Rev.Lett.(《物理评论快报》,4篇)等顶级期刊上发表了多篇高水平研究论文。

论文链接:

Hailong He, et al, "Topological negative refraction of surface acoustic waves in a Weyl phononic crystal," Nature 560, pages: 61–64 (2018)

(本文来源:武汉大学新闻网;)

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  • 武汉大学
  • 负折射效应
  • 声学超材料
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作者 爱因斯坦

科研工作者

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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