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拓扑物质

拓扑物质

在机械超材料中产生的四极拓扑绝缘体

17 Jan 2018
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在拐角处:四轮轴系统中的角电荷的插图

首先“四极拓扑绝缘体”已在瑞士的物理学家在机械超级制造中创建。该实验证实了2017年制定的理论预测,即传统偶极拓扑绝缘体背后的概念可以扩展以创建更高的多极版本。研究人员认为这项工作可能导致一种免于散射的单向波导。

Unlike most topological insulators – which involve the conduction of electrical charge – the topological properties of the metamaterial arise from its vibrational modes. Work done recently by two other teams of physicists suggest that 四极拓扑绝缘体s can also be made from systems based on electrons and photons.

在传统的电气拓扑绝缘体中,电偶极矩位于大部分晶体中的头部到尾部,有效地互相消除。然而,在表面处,电荷可以积聚,导致边缘模式在一个方向上传导电荷,没有散射。 2017年, 泰勒休斯 伊利诺伊大学在Urbana Champaign和同事计算的是,如果在晶体中发生高阶电荷极化,则可以在边缘看到更复杂的现象。例如,如果散装包含四极矩片,每个边缘应该成为传统偶极拓扑绝缘体的1D版本,从而产生“corner modes” where they met.

数学链接

在电磁辐射或机械振荡起到电荷作用的系统中,已经在系统中创建了类似于电偶极型的拓扑绝缘体。“该链接真的在数学级别,” explains Sebastian Huber. of ETH Zurich. “The existence or absence of surface states is independent of these degrees of freedom being charged or not.” In the new research, Huber and colleagues produced a mechanical metamaterial that achieves the first experimental demonstration of a 四极拓扑绝缘体.

该团队使用了休斯概述的数学原则’团队以通过梁连接在一起的5mm硅板制成的拓扑机械超材料中各种模式的谐振频率。然后,它们制造了超材料,并测量了对各种频率的诱导振动的响应。“有一个整个频率范围,您可以在那里’T激发系统中的任何振动,也可以在散装或边缘中,” says Huber. “然而,在四个角落,在这个频段中间,可以激发振动:这些是四个角状态。”

目前,系统是二维的,所以角模式无处可去。然而,Huber和同事旨在开发堆叠的三维设置。 Huber说,应该可以开发一个立方体架构,其中一些角落只允许在一个方向上传播,有些角落只允许它相反的方式。他说,这将是“the dream”用于制作像拓扑保护,散射波导的东西。

“其中一个重要的事情是,我认为这是第一例在机械系统中首先实现了拓扑物质的概念的例子,” says 马丁van Hecke. 阿姆斯特丹原子与分子物理研究所,尚未参与研究。

快速实现

“我们很高兴看到我们的预测可以如此迅速实现,” says Hughes, “它表明,拓扑超材料领域是一个非常有力的途径,用于实现实验中的这些有趣的拓扑阶段。”

在最近发表的预印刷品中,休斯’ team 描述了一个类似的系统 基于微波谐振器,而 ronny thomale 德国威尔茨堡大学和同事描述了一个 描述类似的系统 基于电路。

Huber和同事描述了他们的超材料 自然.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者