近日，Physical Review Letters（《物理评论快报》）在线发表了welcome菠菜导航网刘正猷教授课题组关于拓扑声子晶体研究的新进展。
论文题目为“Observation of Higher-order Nodal-Line Semimetal in Phononic Crystals”（《声子晶体高阶节线半金属的实验观测》）。该论文被PRL选为Featured in Physics和Editors’ Suggestion。最权威菠菜导航网为第一署名单位，博士生马奇云为论文第一作者，最权威菠菜导航网何海龙特聘研究员、邓伟胤教授、刘正猷教授为论文的共同通讯作者，最权威菠菜导航网浦臻航博士后、叶莉萍特聘副研究员、陆久阳教授、柯满竹教授，华南理工大学黄学勤教授为论文共同作者。
拓扑半金属是其动量空间具有拓扑非平庸的能带简并的一类拓扑相。根据简并的几何维度，半金属可分为若干类型：具有点状简并的节点半金属（如Weyl和Dirac半金属），具有线状简并的节线半金属，以及具有面状简并的节面半金属等。其中节线半金属的能带简并线具有丰富的形态，如环状、链状、结状和网状等。节线通常支持一个非平凡的Zak相位，导致具有鼓膜状色散的拓扑表面态。近年来，高阶节线半金属理论上也被提出，其特征是在三维样品中出现一维的棱态。但是高阶节线半金属的实验发现尚未被报道。
由于易于制备以及其中波动状态易于观测，声子晶体在拓扑物理研究中具有独特的优势。本工作先从理论上设计，再利用3D打印技术，成功制备了三维声子晶体高阶节线半金属（图一a、b）。在样品z方向的棱上发现了受体四极矩保护的无色散的声波棱态，这是高阶拓扑的标志。同时，在x-y表面上观察到受非平凡Zak相保护的声波鼓膜表面态。三维动量空间中的节线简并（图一d）、二维表面上的鼓膜表面态（图一e）和一维棱上无色散棱态（图二）都被实验证实。声学高阶节线半金属的发现将促进其他体系，如弹性波、光波或电磁波、冷原子等体系高阶节线半金属的实现。这种高阶拓扑棱态在声传感和声信息等领域具有潜在的应用。
这项研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.066601
图一：（a）高阶节线半金属的模型；（b）用于测量二维投影体带结构和鼓膜表面态的声子晶体样品；（c）声子晶体的体带结构；（d）测量和仿真的二维投影体带结构对比；（e）测量和仿真的鼓膜表面态对比。
图二：（a）用于测量一维棱态的声子晶体样品；（b）6.10 kHz频率时x-y-kz空间声波场分布；（c）测量和仿真的一维棱态；（d）测量和仿真的一维投影体带结构。
