Nature Physics: 外尔声子晶体及费米弧表面态

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1929年德国物理学家外尔（Weyl）预言了外尔费米子存在的可能性，但在随后的80多年里，物理学家都没能发现Weyl费米子存在的迹象。直到最近，人们才在外尔半金属观察到外尔费米子所特有的色散关系——外尔点，在外尔点附近，电子行为与Weyl费米子相似，被认为是以“准粒子”形式存在的Weyl费米子。与此同时，人们在光子晶体也发现了光的外尔点。

继外尔半金属和外尔光子晶体发现之后，香港科技大学陈子亭教授团队和新加坡南洋理工大学张柏乐教授团队先后从理论上预言了外尔点在声子晶体中的存在。尽管声外尔点在理论上被预期，但一直未为实验所证实。

最近，华南理工大学和武汉大学科研人员经过精心设计，并利用3D打印技术，制备了具有手征结构的声子晶体（图一左图），清楚地显示了声的外尔点，并观察到表面波的费米弧（图一右图中的颜色轮廓线及白实线），其连接不同手性外尔点在表面布里渊区的投影（即图一右图中的紫色和绿色圆点）。

图一：左图：样品照片；右图：外尔点投影和表面波费米弧

该研究团队进一步展示了外尔声子晶体的表面态的新颖传输行为。由于受拓扑保护，表面态传播具有单向性,如图二所示。图中显示表面态可以绕过缺陷，实现无障碍的传播，证实了外尔点的拓扑特性。由于声子晶体可具有宏观尺度，外尔声子晶体的实现可以把外尔物理从微观拓展到宏观，因而更便于实验研究,并有可能首先在比如声信息及声表面波器件等领域得到应用。

 图二 ：表面态单向传输无障碍绕过缺陷

这一研究结果于2017年10月2日由Nature Physics在线发表，李锋和黄学勤为并列第一作者，刘正猷为通信作者。

本项目得到973计划项目、国家自然科学基金项目等项目的资助。

点击文末阅读原文，可查看论文。

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