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声学前沿动态 | 非厄米声子晶体中的谷态及输运

武汉大学物理科学与技术学院刘正猷教授团队研究了包含增益和吸收的非厄米声子晶体中的谷态和谷边缘态,发现谷态和谷边缘态均表现出新奇的性质——他们或为放大态或为衰减态,具有确定的放大或衰减行为。该成果以“Valley Physics in Non-Hermitian Artificial Acoustic Boron Nitride”为题于2018年6月12日在线发表在《物理评论快报》上(Phys. Rev. Lett. 120, 246601(2018))。论文的第一作者和第二作者分别是武汉大学物理科学与技术学院博士生王暮迪和叶莉萍,刘正猷教授和西班牙马德里卡洛斯三世大学(UC3M)Johan Christensen博士为本文共同通讯作者。

谷自由度在凝聚态物理中受到广泛的关注。许多有趣的现象,如谷偏振,谷滤波,谷霍尔效应,谷拓扑输运等都吸引了众多的研究,有望在信息等领域得到应用。另一方面,与外界有能量交换的非厄米体系由于大大扩展了封闭系统的性质近年来也引起普遍的研究兴趣。本工作首次把谷物理和非厄米两大热点结合起来,获得了有趣的结果。

声波谷态(参见该课题组论文:J. Lu et al, Phys. Rev. Lett. 116, 093901 (2016))具有涡旋声场分布。在体系包含了增益和吸收非厄米特性(由控制因子描述)后,其一涡旋谷态成为衰减态(如控制因子为0.01时的K1态和控制因子为-0.01时K2态),另一涡旋谷态成为放大态(如控制因子为0.01时的K2态和控制因子为-0.01时K1态),如图1所示。

声波谷边缘态(参见该课题组论文:J.Lu et al,Nat. Phys. 13, 369 (2017))具有拓扑保护的单向传输特性。在体系包含了非厄米特性后,谷边缘态,例如在图2的Z字形界面上的谷涡旋态,亦变为放大态(如控制因子为0.1时)或衰减态(如控制因子为-0.1时)。

除了基础性的认识之外,该工作为探索强度可控的谷态运输和谷传输中继(Relay)的可能应用提供了新的思路。

图1:利用手性拓扑荷m=1和m=-1分别激发K1态和K2态。右图:激发态强度随控制因子的变化图。

 

图2:模拟高斯声场正入射到z状界面的样品。右图:出射强度随控制因子的变化图。

 

文献链接https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.246601

本文由武汉大学刘正猷教授供稿。

 

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