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武大首创声子晶体的谷输运, 实现无障碍传输

发布时间:2017-03-31

  武汉大学课题组近日在“声谷学”方面取得了不错的研究进展。论文分别发表在顶级物理期刊Phys. Rev. Lett 和Nature Physics上。这是首次在经典波体系探讨并实现“谷电子学”的对应。该研究在声波体系的实现可以带来全新的声波操控方式;也证实谷态物理的经典-量子体系的统一性,从而可以把研究推广到光子体系等各种经典波体系,催生新应用。
 
  探索全新的电子操控方式一直是凝聚态物理的重要目标。最近,电子的谷自由度正引起越来越多的关注。谷自由度,也称为谷赝自旋,它标记动量空间中分立的能量极值态。能谷态不仅广泛出现于常规半导体材料中,也存在于当下热门的二维晶体中,如石墨烯、二硫化钼等。当不等价谷间的电子散射很弱时,谷指数成为描述电子运动状态的好参量。如同自旋电子学中的自旋自由度,谷自由度也可视为一种新的信息载体并用于设计新型电子器件,这促成新兴的谷电子学。最近,人们已经理论预测和实验观察到许多令人兴奋的谷态输运特性,如谷霍尔效应等。
 
      由于周期结构中波动行为的相似性,谷状色散关系也常在经典波人工结构中出现。自上世纪80年代末以来,光波、声波等经典波在周期性人工结构中的奇异传播行为引起了人们的广泛关注。类比于晶体,这些人工结构被称为光子晶体或声子晶体。它们的主要特点在于,当波长和结构周期可比拟时,在其中传播的经典波会发生强烈的布拉格散射,从而产生频率带隙。与此同时,周期结构的散射也导致通带的性质显著不同于均匀介质,从而产生大量新奇的光、声传播特性,例如负折射、零折射效应等。此外,一些有趣的量子波动效应也相继在这些经典体系中被发现,例如安德森局域化、布洛赫振荡等。鉴于人工结构的宏观特性,结构单元的几何对称性及单元之间的耦合强度灵活可控,最近这些经典波体系也被视为检验或实现拓扑物理的优良平台。 

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