武汉大学：手性声子晶体中的外尔点与费米弧

【成果简介】

近日，武汉大学刘正猷团队经过精巧设计并结合3D打印技术，制备了具有手征结构的外尔声子晶体，测量声的色散关系显示出清晰的外尔点，并观察到表面波的费米弧，相关研究以“Weyl points and Fermi arcs in a chiral phononic crystal”为题在线发表在Nature Physics上。这是该团队今年第二次在该杂志发表论文，该研究得到973计划项目、国家自然科学基金项目等项目的资助。

【图文导读】

图1 样品照片

图2 外尔点投影和表面波费米弧

【研究内容】

组成物质世界的基本粒子分为玻色子和费米子；费米子包含三种，分别是狄拉克费米子、外尔费米子和马约拉纳费米子。自然界中普遍存在的是狄拉克费米子，外尔费米子和马约拉纳费米子是否存在，长期以来没有定论。

直到最近，人们才在凝聚态物质体系中分别观察到外尔费米子和马约拉纳费米子，它们都是电子在凝聚态结构约束下表现出来的元激发，是“准粒子”。外尔费米子最显著的特征是其色散关系上含外尔点。寻找外尔点一时成为多个物理分支（如光学、冷原子）的热门，人们在光子晶体也发现了光的外尔点。

声是否存在外尔点？香港科技大学陈子亭教授团队和新加坡南洋理工大学张柏乐教授团队先后从理论上预言了外尔点在声子晶体中存在的可能性，但尚未为实验所证实。

最近，刘正猷团队经过精巧设计并结合3D打印技术，制备了具有手征结构的外尔声子晶体，测量声的色散关系显示出清晰的外尔点，并观察到表面波的费米弧。进一步地，该团队展示了外尔声子晶体中表面态的新颖传输行为：由于受拓扑保护，表面态可跨越缺陷，无障碍地单向传播。这是刘正猷团队继2016年在《物理评论快报》（Physical Review Letters）及今年上半年在《自然·物理学》（Nature Physics）上发表关于能谷态相关研究后，又一篇关于拓扑物理方面的成果。

由于声子晶体可具有宏观尺度，外尔声子晶体的实现把外尔物理从微观拓展到宏观，带来了实验制备与测量的方便性，既有利于拓扑物理的进一步发展，亦有利于拓扑物理早日走向应用。

原文链接：http://news.whu.edu.cn/info/1002/49619.htm。

文献链接：Weyl points and Fermi arcs in a chiral phononic crystal（Nature Physics，2017，DOI：10.1038/nphys4275）

本文由材料人编辑部王冰编辑，点我加入材料人编辑部。

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