武漢大學：手性聲子晶體中的外爾點與費米弧

【成果簡介】

近日，武漢大學劉正猷團隊經過精巧設計并結合3D打印技術，制備了具有手征結構的外爾聲子晶體，測量聲的色散關系顯示出清晰的外爾點，并觀察到表面波的費米弧，相關研究以“Weyl points and Fermi arcs in a chiral phononic crystal”為題在線發表在Nature Physics上。這是該團隊今年第二次在該雜志發表論文，該研究得到973計劃項目、國家自然科學基金項目等項目的資助。

【圖文導讀】

圖1?樣品照片

圖2?外爾點投影和表面波費米弧

【研究內容】

組成物質世界的基本粒子分為玻色子和費米子；費米子包含三種，分別是狄拉克費米子、外爾費米子和馬約拉納費米子。自然界中普遍存在的是狄拉克費米子，外爾費米子和馬約拉納費米子是否存在，長期以來沒有定論。

直到最近，人們才在凝聚態物質體系中分別觀察到外爾費米子和馬約拉納費米子，它們都是電子在凝聚態結構約束下表現出來的元激發，是“準粒子”。外爾費米子最顯著的特征是其色散關系上含外爾點。尋找外爾點一時成為多個物理分支（如光學、冷原子）的熱門，人們在光子晶體也發現了光的外爾點。

聲是否存在外爾點？香港科技大學陳子亭教授團隊和新加坡南洋理工大學張柏樂教授團隊先后從理論上預言了外爾點在聲子晶體中存在的可能性，但尚未為實驗所證實。

最近，劉正猷團隊經過精巧設計并結合3D打印技術，制備了具有手征結構的外爾聲子晶體，測量聲的色散關系顯示出清晰的外爾點，并觀察到表面波的費米弧。進一步地，該團隊展示了外爾聲子晶體中表面態的新穎傳輸行為：由于受拓撲保護，表面態可跨越缺陷，無障礙地單向傳播。這是劉正猷團隊繼2016年在《物理評論快報》（Physical Review Letters）及今年上半年在《自然·物理學》（Nature Physics）上發表關于能谷態相關研究后，又一篇關于拓撲物理方面的成果。

由于聲子晶體可具有宏觀尺度，外爾聲子晶體的實現把外爾物理從微觀拓展到宏觀，帶來了實驗制備與測量的方便性，既有利于拓撲物理的進一步發展，亦有利于拓撲物理早日走向應用。

原文鏈接：http://news.whu.edu.cn/info/1002/49619.htm。

文獻鏈接：Weyl points and Fermi arcs in a chiral phononic crystal（Nature Physics，2017，DOI：10.1038/nphys4275）

本文由材料人編輯部王冰編輯，點我加入材料人編輯部。

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