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武大：在狄拉克半金屬中，實(shí)現(xiàn)三維聲子，為控制聲音開(kāi)辟新方式！

2020-06-15 11:41 作者:博科園 0人讀過(guò) | 我要投稿

狄拉克半金屬是拓?fù)渖喜煌嗟呐R界態(tài)，這種無(wú)間隙拓?fù)鋺B(tài)是通過(guò)帶反轉(zhuǎn)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，在這種機(jī)制中，狄拉克點(diǎn)可以被微擾成對(duì)湮沒(méi)，而不會(huì)改變系統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)性。

現(xiàn)在我們中國(guó)的科學(xué)家發(fā)表了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)觀察到的狄拉克點(diǎn)，這些點(diǎn)完全是由使用非對(duì)稱(chēng)聲子晶體的晶體對(duì)稱(chēng)性加強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)中展示了新的拓?fù)浔砻鎽B(tài)，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的新拓?fù)鋺B(tài)已成為基礎(chǔ)物理和材料科學(xué)的重要目標(biāo)。

三維Dirac半金屬(DSM)具有許多奇異的輸運(yùn)性質(zhì)，如反常磁電阻和超高遷移率，是研究拓?fù)湎嘧兒推渌路f拓?fù)淞孔討B(tài)的特殊平臺(tái)。作為(3+1)維狄拉克真空固態(tài)實(shí)現(xiàn)也是最有意義的，到目前為止，實(shí)現(xiàn)的狄拉克點(diǎn)總是成對(duì)出現(xiàn)，通過(guò)不斷調(diào)整參數(shù)以保持系統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)性，可以通過(guò)它們的合并和成對(duì)湮滅來(lái)消除這些狄拉克點(diǎn)，在發(fā)表在《光：科學(xué)與應(yīng)用》期刊上的新研究中：

（上圖圖示：狄拉克）來(lái)自我們中國(guó)教育部人工微結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和武漢大學(xué)物理技術(shù)學(xué)院的科學(xué)家們，報(bào)道了一種三維聲子晶體的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。該晶體在布里淵帶角擁有對(duì)稱(chēng)性增強(qiáng)的狄拉克點(diǎn)，與現(xiàn)有DSM明顯不同的是，Dirac點(diǎn)出現(xiàn)是材料非對(duì)稱(chēng)空間群的必然結(jié)果，如果不改變晶體的對(duì)稱(chēng)性，這種空間群是不可能被移除的。除了通過(guò)角度分辨透射測(cè)量直接識(shí)別的狄拉克點(diǎn)之外，表面測(cè)量和相關(guān)的傅里葉光譜還揭示了高度復(fù)雜的四螺旋面表面態(tài)。

（上圖所示）聲子晶體的體心立方單元(左面板)及其(010)面(右面板)示意圖，具有兩個(gè)滑動(dòng)鏡Gx和Gz。B、三維體心立方BZ及其(010)面BZ。彩色球體以相等的頻率突出顯示塊狀狄拉克點(diǎn)及其在表面BZ上的投影。C、沿幾個(gè)高對(duì)稱(chēng)性方向模擬的體帶。D、四螺旋面表面態(tài)分散示意圖(彩色表面)，其中灰色錐體標(biāo)記體態(tài)的投影。E、沿以P為中心半徑為0.4π/a圓形動(dòng)量環(huán)(如f所示)模擬的表面帶。陰影區(qū)域表示投影的主體狀態(tài)。F、在表面BZ的第一象限模擬的表面色散的三維曲線圖。

具體地說(shuō)，表面態(tài)是由四個(gè)無(wú)間隙的交叉螺旋分支組成，因此與現(xiàn)在在電子和光子系統(tǒng)中觀察到的雙費(fèi)米弧表面態(tài)有顯著不同?？茖W(xué)家們預(yù)測(cè)：這項(xiàng)研究可能會(huì)為控制聲音開(kāi)辟新的方式，比如實(shí)現(xiàn)異常的聲音散射和輻射，考慮狄拉克點(diǎn)周?chē)腻F形色散和狀態(tài)消失密度。狄拉克點(diǎn)周?chē)纳⑹歉飨蛲缘?，因此，宏觀系統(tǒng)是模擬相對(duì)論狄拉克物理的一個(gè)很好的平臺(tái)。

狄拉克半金屬是具有四重簡(jiǎn)并狄拉克點(diǎn)的材料，是拓?fù)渖辖厝徊煌南嗟呐R界態(tài)。這種無(wú)間隙拓?fù)鋺B(tài)是通過(guò)帶反轉(zhuǎn)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，在這種機(jī)制中，狄拉克點(diǎn)可以被微擾成對(duì)湮沒(méi)，而不會(huì)改變系統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)性，研究利用非對(duì)稱(chēng)三維聲子晶體完全由晶體對(duì)稱(chēng)性加強(qiáng)的狄拉克點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)觀察。有趣的是，狄拉克聲子晶體擁有四個(gè)螺旋拓?fù)浔砻鎽B(tài)，其中相反螺旋度的表面態(tài)沿著特定動(dòng)量線無(wú)間隔相交，額外的表面測(cè)量證實(shí)了這一點(diǎn)。