南开大学在声学人工微结构前沿物理研究领域取得重要进展

近日，南开大学物理科学学院陈树琪教授、田建国教授带领的课题组在物理学顶级期刊《Physical Review Letters》上发表了重要原创性论文成果《Experimental Realization of Type-II Weyl Points and Fermi Arcs in Phononic Crystal》，在国际上首次报道了声学第二类外尔点的实验结果，为三维拓扑物理提供了新的实验结果。该成果以南开大学为第一研究单位、第一通信单位。

 陈树琪教授、田建国教授研究团队在顶级期刊《Physical Review Letters》上发表的论文截图

外尔点(Weyl point)是三维动量空间能带结构的双重简并点，它携带有量子化的拓扑荷。最近，外尔费米子在外尔半金属中被发现，并导致了一系列超常的性质，如拓扑保护的表面态和手征反常。按照能带的倾斜程度和能带连接处费米面的形状，外尔点分为第一类和第二类，其中第二类外尔点能带色散沿一个方向强烈倾斜，并在能带连接处具有锥型的费米面。第二类外尔点违背了洛伦兹对称性，即要求物理定律独立于参考系，因而不能在高能物理里面出现。第二类外尔点具有独特的拓扑特性，外尔点频率下会发生拓扑转变，并产生连接外尔点的费米孤，因而近年来受到广泛的关注。

图释：声子晶体中的第二类外尔点与费米孤

声子晶体的宏观特性和更为简单的能带结构，使声子晶体在实验探索复杂的量子物理方面具有独特优势。由于第二类外尔点的系统更复杂，所需要的实验精度更高，因而一直没有被实验证实。

陈树琪教授、田建国教授研究团队通过设计制造堆叠手性声子晶体，在国际上首次完成了第二类外尔声子晶体实验工作，观测到了外尔频率上的拓扑转变和外尔频率间的费米孤。

外尔声子晶体有望应用在降低界面和尖锐拐角的反射，而第二类外尔声子晶体由于同时具有表面模式和体模式，有望进一步拓宽外尔声子晶体在非对称波导和低反射异常折射中的应用。该工作有望启发外尔声子晶体在声操控中的应用，并拓展到光学和冷原子等其它系统中。

该课题组在人工微结构波场调控研究中取得了一系列重要进展，形成了以人工微结构光场调控和声场调控为主要特色的波场调控研究团队。该课题组先前在人工微结构声场调控的研究中已经取得了一系列重要进展，相关工作相继发表在《Physical Review Letters》《Advanced Materials》《Physical Review Applied》等顶级期刊，报道了在双层声学人工微结构中实现了谷拓扑位相；在国际上首次提出了编码声学人工微结构，实现了声波的定向发射、聚焦、单向传播等重要应用；基于声学凯库勒晶格的对称性，实现了赝自旋和谷霍尔边缘态。

来源：南开大学新闻网

通讯员：佟天骄

记者：乔仁铭

编辑：肖天宇

审校：聂际慈