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近日,世界著名物理学学术期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)发表了题为“Valley Topological Phases in Bilayer Sonic Crystals”的研究论文。该论文第一署名单位为华南理工大学物理与光电学院,第一作者为该院博士后陆久阳,这也是物理与光电学院博士后利用学院科研平台完成并发表在国际顶尖期刊上的首个重要成果。

论文截图

能谷自由度标记动量空间中分立的能量极值,是一种有效的电子操控手段。能谷因其易调节性,近来越来越多地被引入到经典波体系当中,在声子晶体和光子晶体中实现了一系列的谷极化态和手征输运现象。此前该院刘正猷团队的研究表明,声学谷态具有明显的涡旋特征,其自身的输运类似于自旋霍尔效应,具有相反方向涡旋的声波会传播到晶体的两侧。具有声学带隙的二维声子晶体具有两种不同的的声绝缘相,其界面上存在无带隙的声边缘态。这种边缘态具备大量的传统声波导所没有的新颖性质,如对弯折的抗反射传播。由于人工晶体的宏观特性,界面上的声波输运可以被灵活调控。

图(a)声子晶体双层结构示意图;(b)双层声子晶体的谷拓扑相;

(c)双层声子晶体中的奇异声学传输行为,从上至下分别是层极化、层间振荡、层转化传输

最近,研究团队将单层声学谷态拓展到双层结构中(图(a)),利用层间耦合和散射体转角的改变,得到了双层声子晶体的谷拓扑相。类比于电子体中的自旋陈数,层极化可作为新的赝自旋自由度来划分不同的谷拓扑相,得到丰富的相图(图(b));具有不同谷拓扑相的声子晶体界面上存在受拓扑保护的声边缘传输,通过对不同谷拓扑相声子晶体的组合,可以得到多种奇异声学传输行为,如层极化、层间振荡、层转化传输等