新闻网讯 10月26日，《物理评论B（快报）》（Physical Review B （Letter））在线刊发凝聚态物理研究所傅华华教授课题组题为《声子晶体中实现单对且最大电荷数外尔点》（Single-pair Weyl points with the maximum charge number in acoustic crystals）的学术论文。18luck新利电竞 为论文唯一单位，该教授课题组博士生王哲齐为论文第一作者，傅华华教授为论文唯一通讯作者。该工作是该课题组继2021年提出“Charge-four Weyl phonons”（Physical Review B （Letter）103，L161303 （2021））概念后，在最高陈数Weyl声子研究领域又一重要工作。

如何实现单对的、且不被其它类型外尔点杂化的外尔声子态，以及如何在实际材料中实现最高电荷数（陈数）外尔点，是凝聚态物理拓扑物态研究方向两个极具挑战性的研究课题。傅华华教授课题组独辟蹊径地在人工声子晶体中，通过对声压空腔的几何构型和近邻及次近邻耦合空腔的设计，实现了纯单对且最高电荷数外尔点所需要的所有拓扑保护条件。通过理论模拟发现，电荷数为-4和+4的外尔点分别位于该声子晶体布里渊区的两个高对称点，且该结构中不存在其它类型外尔点。

相比其他材料和结构中实现的高陈数外尔点，该课题组设计的纯单对且最高电荷数的外尔点有着诸多优势：过去实现最高电荷数的外尔声子，至少由三支拓扑能带构成，而该课题组实现的最高电荷数的外尔声子，仅采用了两支拓扑能带，是迄今实现该类外尔点的最简单能带结构，如图1所示；在该声子结构中，单对外尔声子态不被任何体态覆盖，说明该外尔点和所激发的新奇表面态很容易在实验上被观测到；由于该声子晶体中，单对外尔声子态不被其它不同类型的外尔点所补偿或杂化，其四重螺旋表面态非常清晰地呈现出来，为研究最高陈数的外尔点的拓扑性质提供了理想载体；由于该类特殊外尔点出现在人工声子晶体中，使得人们研究该类外尔声子态的频率区间，由兆赫兹（MHz）降低到千赫兹（kHz），从而使得实验上更容易制备并观测到该类外尔点。

为了便于实验上制备并实现该类外尔点，论文作者将所设计的声子晶体构型和所有尺寸，都公布于该论文及其附件中。利用目前的3D打印技术，其声子晶体结构很容易被制备出来，并通过对空腔声压的测量，相关的拓扑性质也易被观测到。该工作得到了国家自然科学基金和中国博士后基金的资助。

图1: 声子晶体的理论设计、声子能带结构及拓扑性质。（a）声子晶体的布里渊区；（b）和（c）声子晶体的能带结构，（d）高对称点Г附近两个基本态函数，可利用材料内空腔声压进行模拟；（e）单对最高电荷数外尔点的空间分布；（f）外尔点附近的二维声子谱结构;（g）和（h） 两外尔点附近的Wannier函数的空间演化过程，证实其拓扑性质。声子晶体的具体结构详见论文。

论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.106.L161302（DOI: 10.1103/PhysRevB.106.L161302）