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《Nature》正登载载电子学院蒲殷与姑苏大学蒋建华传授课题组最新功效:拓扑晶体绝缘体的体——旋错对应干系

时候:2021-01-22阅读:0

120日,电子迷信与工程学院蒲殷副传授与姑苏大学物理学院蒋建华传授团队协作,经由过程实际计较、原型设想、尝试表征相连系的研讨体例,初次胜利观察到拓扑资料中旋错布局致使的妥当光子局域态和分数电荷,该功效以“Bulk-disclination correspondence in topological crystalline insulators”为题颁发于《Nature》杂志上(Nature 589, 381-385 (2021))。

拓扑光子学是凝集态物理和光学高度融会的穿插课题,为电磁波的调控供给了一种全新的操控平台。对传统拓扑资料(如拓扑绝缘体、拓扑半金属和拓扑超导体),最明显的物理特点是其能谱的体-边对应干系(bulk-edge correspondence),常被作为辨别和表征拓扑资料的方式。比来十年来,跟着物理实际、资料计较和资料制备手艺的前进,人们提出并发明了良多由晶体对称性所掩护的拓扑资料(即拓扑晶体资料,包罗拓扑晶体绝缘体、拓扑晶体半金属、拓扑晶体超导体)。这些资料常常不遵守体-边对应干系,乃至很难经由过程能谱肯定他们的拓扑目标。这成为拓扑物理中尝试和资料研讨的一大挑衅。

旋错是晶体中会天然构成、很罕见的一种缺点布局。在此项任务中,作者设想提出一种基于具有C6对称性的光子晶体的野生光子旋错模子,发明在体-旋错对应干系中,旋错能够引诱出分数电荷(如图1),且分数电荷的值完整依靠于拓扑晶体资料的拓扑目标。由此,能够经由过程丈量旋错引诱的分数电荷判定出资料的拓扑目标。

图1. 拓扑绝缘体的体-旋错对应干系。

 作者指出这类旋错拓扑晶体绝缘体还会存在拓扑引诱的局域态。该局域态具有很是不变的电磁机能,可作为将来新型光学微腔的设想。他们进一步类比电子体系,操纵Purcell效应的典范对应丈量光子的局域态密度,并以其间接测得旋错致使的分数化的电荷5/2(如图2)。这些考证和发明为拓扑物理和资料的研讨斥地了新的途径和标的目的,突显了光子晶体和超资料在根本物理研讨中的主要代价,为将来机关光拓扑器件原型供给了实际根本。

图2 旋错光子晶身形密度表征和分数电荷计较

此项任务姑苏大学刘洋、林志康和南京大学19级硕士生梁树炜和李飞飞副研讨员为论文的配合第一作者,苏大蒋建华传授和南大蒲殷副传授为论文的配合通讯作者。电子学院18级硕士陶秀锋在尝试设想、丈量和成果阐发等方面做出了严重进献。该研讨任务获得了国度天然迷信基金委、江苏省上风学科和中心高校等名目战争台的帮助,和南京大学电子迷信与工程学院的鼎力撑持。

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