來自中國的開創性研究揭示了韋爾聲晶體中的三維量子霍爾效應
一項新研究利用韋爾聲學晶體證明了聲波中的三維量子霍爾效應，標誌著科學界首次觀測到一維邊緣態，為先進聲學設備的開發開闢了道路。量子霍爾效應（QHE）是凝聚態物理學的一個里程碑式的發現，是拓樸物理學探索的基礎，而將量子霍爾效應推進到三維空間則又是一項令人興奮而又艱鉅的挑戰。
其複雜性源於這樣一個事實：在三維空間中，朗道水平沿著磁場方向演化成帶，這阻礙了體隙的形成。
最近，有人在韋爾半金屬中提出了一個可行的方案，其相對錶面上的費米弧態透過體韋爾點連接起來，形成一個完整的費米環，在磁場作用下，會在相對表面的邊界上誘導出一維邊緣態。然而，這種獨特的邊緣態尚未被實驗觀測到。
山西大學和武漢大學的研究人員在《科學通報》（Science Bulletin）上發表的一篇新論文中，從理論上提出並通過實驗證明了韋爾聲晶體中聲波的三維QHE。尤其是直接觀測到了對立面上有趣的一維邊緣態。
(a) AA 疊加六邊晶格示意圖。 (b) 第一布里淵區和韋爾點的分佈。箭頭表示透過改變A 和B 的現場能量而移動的方向。 (d) 不同現場能量的Weyl 點能量處表面態的等能等值線。 (e) 平行四邊形結構沿kz 方向的投影色散。 (f) 邊緣狀態的波函數分佈。來源：中國科學出版社
由於磁場對聲波沒有影響，因此建構了一個偽磁場，其對聲波的影響類似於磁場對電子的影響。建構聲波PMF 的常見策略是引入結構梯度。本文透過改變與現場能量相對應的聲腔來引入梯度結構。在此過程中，連接韋爾點的費米弧同時沿著同一方向移動，從而使體態和表面態感受到相同的偽磁場。在偽磁場的作用下，表面態形成了朗道水平，並在對角鉸鏈附近產生和定位了一維邊緣態。
在實驗中，利用三維列印技術製作了聲學晶體樣品，並透過測量樣品中的聲壓場直接觀察到了一維邊緣態。
“這項研究可能為操縱聲波開闢新的途徑，為具有非常規功能的聲學設備奠定基礎。它為探索霍爾物理學提供了一個理想的可調諧平台，並可擴展到其他人工結構，如光學和冷原子系統”。研究人員預測。
該研究得到了中國科技部國家重點研發計畫的資助。
編譯自/ ScitechDaily