Four-Dimensional Higher-Order Chern Insulator and Its Acoustic Realization
我们提出了一个系统，同时是一个四维（4D）陈氏绝缘体和高阶拓扑绝缘体（HOTI）的理论研究和实验实现。该体系同时存在（4-1）维手征拓扑超曲面模（THMs）和（4-2）维手征拓扑曲面模（TSM）。我们的研究表明，THMs是由第二陈数保护，和TSM是由两个第一陈数组成的拓扑不变量，每个属于一个陈绝缘子存在于子维的保护。在合成坐标固定的情况下，实空间中的三次谐波模和三次谐波模分别表现为拓扑边模和拓扑角模，并在二维声学晶格中进行了实验观察.这些TCM与量子化偏振无关，使它们从根本上区别于现有的例子。我们进一步表明，我们的4D拓扑系统提供了一种有效的方式来操纵的频率，位置和数量的TCM，这是非常可取的应用程序。
2020-10-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Observation of Dirac hierarchy in three-dimensional acoustic topological insulators
狄拉克锥（DC）在从石墨烯中的无质量电子到拓扑绝缘体（TI）中的鲁棒表面态的各种独特现象中起着关键作用。最近的研究从理论上揭示了一个完整的狄拉克层次结构，包括一个八重体DC，一个四重表面DC，和一个双重铰链DC，与拓扑相的层次结构，包括一阶到三阶三维（3D）拓扑绝缘体，使用相同的3D基础晶格。在这里，我们报告的第一个实验观察的狄拉克层次的三维声学TI。使用声学测量，我们明确地揭示，在每个层次中的多重DC的提升可以诱导二维（2D）拓扑表面状态与四重DC在一阶3D TI，一维（1D）拓扑铰链状态与二重DC在二阶3D TI，和零维（0D）拓扑角状态在三阶3D TI。我们的工作不仅拓展了狄拉克物理的基础研究范围，而且为多维鲁棒波操纵开辟了一条新的途径。
2022-04-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Experimental Realization of Acoustic Chern Insulator
拓扑绝缘体是一种新的物质状态，其拓扑相起源于对称性破缺。近年来，时间反演不变的拓扑绝缘体被证明适用于经典波系统，如声学系统，但受到赝自旋间或谷间背散射的限制。这个挑战可以通过打破时间反演对称性来有效地克服。在这里，我们报告了第一个实验实现的声学拓扑绝缘体与非零陈数，即，声学陈氏绝缘体（ACI），通过引入一个角动量偏置谐振器阵列与破洛伦兹互易性。利用高Q因数谐振来降低所需的旋转速度。实验结果表明，具有稳定均匀的准流体流偏置特性的ACI支持声在边界处的单向非互易传输，在拓扑上不受缺陷诱导散射的影响.我们的工作开辟了探索独特的可观察到的拓扑相位和开发实用的非互易声学设备的机会。
2018-01-24 cond-mat.mes-hall
Acoustic Möbius insulators from projective symmetry
对称性在物质相的分类中起着至关重要的作用。结晶对称性如何丰富材料的拓扑分类，并使非常规现象在拓扑非平凡的例子。经过过去十年的广泛研究，拓扑晶体绝缘体和半金属的列表似乎是详尽的，并得出结论。然而，在规范对称性的存在下，常见但不限于人造晶体，晶体对称性的代数结构需要投影表示，从而产生了前所未有的拓扑物理学。在这里，我们证明了这一新的想法，利用投影平移对称性和构造各种莫比乌斯扭曲的拓扑相位。在实验上，我们首次在声学晶体中实现了两种莫比乌斯绝缘体：二维的一阶能带拓扑和三维的高阶能带拓扑。我们通过对它们的局域化的实空间可视化、对它们的4π周期性的动量空间光谱以及对它们的投影平移本征值的相空间缠绕，明确地观察到了奇特的莫比乌斯边缘态和铰链态。我们的工作不仅为规范对称性和晶体对称性之间的相互作用下的人工系统开辟了一条新的途径，而且还从投影对称性出发初始化了拓扑物理学的新框架。
2021-07-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Acoustic Higher-Order Topological Insulators Protected by Multipole Chiral Numbers
本研究利用声子晶体首次实验实现了受多极手征数保护的高阶拓扑绝缘体，明确观测到带隙中间的多个角态，为声学传感和能量捕获等声学控制提供了新可能。
2023-05-18 cond-mat.mes-hall
Floquet Topological Insulators for Sound
具有拓扑有序的凝聚态系统的独特传导性质最近激发了人们对经典波动现象中类似效应的探索。特别是声学拓扑绝缘体，有望彻底改变我们控制声音的能力，允许在其边缘进行大隔离和宽带单向传输，并对结构缺陷和无序具有拓扑免疫力。到目前为止，这些迷人的属性已经获得了依赖于移动介质，固有地引入噪声和吸收损耗，阻碍了拓扑声学的实用性。在这里，我们克服了这些限制，通过及时调制的晶格谐振器的声学特性，引入声学Floquet拓扑绝缘体的概念。超声波频率下的声调制可以达到高达几个倍频的值，从而实现具有现场适度调制策略的宽带效果，该策略令人惊讶地不需要跨晶格的相位均匀性。使用第一性原理数值实验，我们表明，声波提供了一个肥沃的土壤，适用于异常物理的Floquet拓扑绝缘体，并证明其相关的广泛的声学应用，包括宽带声隔离和拓扑保护，非互易声发射器。
2015-11-26 cond-mat.mes-hall
Surface Acoustic Wave Propagation and Inhomogeneities in Low Density Two-Dimensional Electron Systems Near the Metal-Insulator Transition
我们测量了零磁场下低密度区（$<$ $10^{10}$ cm $^{-2}$）中含有二维电子系统的GaAs/AlGaAs异质结构（2DES）中的声表面波速度漂移。的表面声波与2DES的相互作用是不是很好地描述了一个简单的模型，使用低频电导率测量。我们推测，这种冲突是由于在2DES的不均匀性，这在低密度变得非常重要。这对二维中假定的金属-绝缘体转变有影响。
2005-07-04 cond-mat.mes-hall
Emergent Momentum-Space Skyrmion Texture on the Surface of Topological Insulators
在磁性拓扑绝缘体中，量子反常霍尔效应已被理论预言和实验证实。此外，这些材料的表面态在动量空间中表现出类似刺猬的“自旋”织构。在这里，我们应用先前制定的低能量模型Bi $_2$ Se $_3$，一个母体化合物的磁性拓扑绝缘体，一个平板的几何形状中，交换场的行为只在一个表面层。在这个示例设置中，刺猬变换为临界交换场之外的skyrmion纹理。这个临界场标志着两个拓扑上不同的阶段之间的过渡。拓扑相变发生时，费米能级处的能隙没有闭合，横向霍尔电导保持不变，并量子化为$e^2/2h$。动量空间Skyrmion结构在有限的场范围内持续存在。它可以在具有三维拓扑绝缘体和铁磁绝缘体之间的界面的混合异质结构中找到其实现。
2016-10-26 cond-mat.mes-hall
Acoustic phonon dynamics in thin-films of the topological insulator Bi2Se3
瞬态反射率的痕迹测量的纳米尺寸的薄膜的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3揭示了GHz范围内的振荡驱动的热载流子光激发与超短激光脉冲的1.51 eV的光子能量的弛豫。这些振荡已经被认为是由声学声子动力学引起的，包括以驻波形式的相干纵向声学声子。随着薄膜厚度从40 nm减小到15 nm，振荡频率从~35 GHz增加到~70 GHz，这归因于两种不同模式之间的相互作用，对于厚度大于40 nm的薄膜，采用行波模式;对于厚度小于40 nm的薄膜，采用薄膜体声波谐振器（FBAWR）模式。当Bi_2Se_3膜中的间接界面耦合将FBAWR机制切换到兰姆波激发时，对于厚度低于15 nm的膜，振荡的幅度迅速衰减。相干纵向声学声子的频率范围与Bi 2Se 3的弹性性质很好地一致。
2015-04-14 cond-mat.mes-hall
Observation of squeezed Chern insulator in an acoustic fractal lattice
本研究在分形维度声学晶格中提出并实验验证压缩陈绝缘体，发现其拓扑相图较原始Haldane模型压缩约0.54倍，观测到受迁移率隙保护的单向边缘态，为首例声学拓扑分形绝缘体，为声波调控提供新方向。
2022-05-11 cond-mat.mes-hall
Emergent topological fields and relativistic phonons within the thermoelectricity in topological insulators
拓扑绝缘体是目前最好的热电材料，其高效率的热电响应与拓扑边缘态有关。然而，为了解释它们的优值，拓扑电子、熵和声子的共存不能被独立地考虑。在一个背景下，把电动力学和拓扑结构，通过表达的拓扑内禀场，我们对待相对论声子的拓扑表面内显示其调制的Berry曲率的频带，然后发挥根本性的作用，在热电效应。最后，我们展示了如何在这种相对论热激发下的拓扑绝缘体保持时间反演对称性，允许在高温下观察到高品质因数。这种新的内在拓扑场和其他约束的出现适合于具有实验结果，从而为基于它们的技术提高这种拓扑效应的效率开辟了新的可能性。
2020-10-15 cond-mat.mes-hall
Spin driven emergent antiferromagnetism and metal insulator transition in nanoscale p-Si
特别是在薄膜、表面和界面中，电荷、自旋和轨道自由度的纠缠可以引起涌现行为。通常，表现出这些性质的材料需要大的自旋轨道耦合。我们假设，涌现的行为也可以发生由于自旋，电子和声子相互作用，在广泛研究的简单材料，如硅。也就是说，大的内在自旋轨道耦合不是涌现行为的基本要求。中心假设是当样品的尺寸之一是相同的顺序（或更小）的自旋扩散长度，然后非平衡自旋积累由于自旋注入或自旋霍尔效应（SHE）将导致出现在非铁磁半导体相变。在本实验工作中，我们报道了Pd（1 nm）/Ni_（81）Fe_（19）（25 nm）/MgO（1 nm）/p-Si（~400 nm）薄膜样品中自旋介导的突现反铁磁性和金属绝缘体相变。通过Rashba自旋-轨道耦合介导的自旋-霍尔磁电阻行为观察到p-Si中的自旋-霍尔效应，提出自旋积累和由此产生的涌现行为的原因。从纵向三次谐波电压的发散行为中发现了相变的相变现象，它与热导率和热容有关。
2017-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Acoustic square-root topological insulators
平方根拓扑态是一种新的拓扑相，它的拓扑性质继承自哈密顿量的平方。通过在声学Su-Schrieffer-Heeger模型和蜂窝晶格中的连接管上添加空腔，分别在声子晶体中实现了一阶和二阶平方根拓扑绝缘体.由于平方根过程，平方哈密顿量的体隙加倍。在两个体隙中，平方根拓扑绝缘体具有多个局域模式，即，我们的计算和实验观测都证实了这一点。我们进一步提出了一个二阶平方根拓扑半金属通过堆叠的装饰蜂窝晶格的三维。
2020-08-11 cond-mat.mes-hall
Quantum Nonlinear Acoustic Hall Effect and Inverse Acoustic Faraday Effect in Dirac Insulators
该研究提出在时间反演不变但反演破缺的狄拉克绝缘体中，利用远低于狄拉克能隙的声波实现源于本征谷拓扑的量子非线性声学霍尔效应与逆声学法拉第效应，揭示了相关材料的量子化拓扑声电响应，为室温声电器件提供基础。
2024-07-01 cond-mat.mes-hall
Asymmetric Cherenkov acoustic reverse in topological insulators
在常规材料的光学或声学中已知的切伦科夫辐射的一般现象是在那些材料中分别形成由加速到光速或声速以上的粒子发射的光子或声子的前向锥。在这里，我们建议三维拓扑绝缘体作为一个独特的平台，从根本上探索和实际利用切伦科夫效应的声学方面。我们证明了在三维拓扑绝缘体表面施加面内磁场可以在临界磁场下将前向切伦科夫声抑制到零。在临界场之上，切伦科夫声音获得纯向后性质，其极分布不同于在临界场之下产生的向前分布。这种非对称切伦科夫反转的潜在应用是在低能量电子器件的设计中，例如声学棘轮，或者通常在具有对切伦科夫耗散的方向和幅度的磁场控制的电子电路的低功率设计中。
2014-09-15 cond-mat.mes-hall
Engineering Dirac electrons emergent on the surface of a topological insulator
拓扑绝缘体（TI）的概念为凝聚态物理引入了一个新的视角，将量子态等先验不相关的子领域联系起来，（自旋，反常）霍尔效应，自旋轨道耦合材料，某些类节状超导体和超流$^3$ He等，从技术角度看期望拓扑绝缘体用作在非超导环境中实现无耗散传输的平台。该拓扑绝缘体表现出具有特征圆锥色散（表面狄拉克锥）的无隙表面态。在这里，我们回顾了特殊的有限尺寸效应适用于TI纳米结构的表面状态。我们强调了TI纳米线和纳米颗粒的特定电子性质，并在此背景下对比了弱和强TI的情况。我们研究的鲁棒性的表面和大部分的TI对无序，解决物理的狄拉克和外尔半金属作为一个新的角度在该领域的研究。
2014-12-14 cond-mat.mes-hall
Nonlinear Optical Observation of Coherent Acoustic Dirac Plasmons in Thin-Film Topological Insulators
具有类声线性色散的低能电子集体激发在实验和理论上都得到了广泛的研究。然而，在时域测量中出现的相干声等离子体模式很少观察到由于单粒子连续朗道阻尼。在这里，我们报告的观察相干声学狄拉克等离子体（CADP）模式激发间接（静电）对表面耦合薄膜的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3。使用瞬态二次谐波发生，一种能够独立监测膜中的面内和面外电子动力学的技术，观察到GHz范围的振荡，而没有相应的瞬态反射率振荡。这些振荡被分配到由倏逝引导兰姆声波引起的横向磁和横向电引导CADP模式，并且由于相对表面狄拉克状态之间的费米子隧穿而保持朗道无阻尼。
2016-09-29 cond-mat.mes-hall
Guided acoustic and optical waves in silicon-on-insulator for Brillouin scattering and optomechanics
我们数值研究硅波导二氧化硅显示，它是可能的，同时引导光和声波在技术上重要的绝缘体上硅（SOI）材料系统。薄波导或翅片在千兆赫频率下表现出几何软化的机械模式，其相速度低于玻璃中的瑞利速度，从而消除了声辐射损失。我们提出了在玻璃上的缝隙波导，其具有电信光频率和强辐射压力，分别导致后向和前向布里渊散射的布里渊增益在500和50，000 1/（Wm）的量级。
2016-04-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Emergent quantum Hall effects below $50$ mT in a two-dimensional topological insulator
碲化汞量子阱中量子自旋霍尔效应的实现导致了拓扑材料的发展，这些材料与磁性和超导性相结合，被预测为手性马约拉纳费米子的宿主。然而，在常规的量子反常霍尔系统中，大的磁化强度（$\sim$几特斯拉）使得诱导超导性具有挑战性。在这里，我们报告了两种不同的紧急量子霍尔效应在碲化汞量子阱稀合金锰。首先，在$\sim 50$ mT的极低磁场下，从量子自旋霍尔态中产生了一种新的量子霍尔态。其次，调整对散装$p$制度，我们解决了多个量子霍尔平台场低至$20 - 30$ mT，其中运输是由范霍夫奇异性的价带。这些涌现的量子霍尔现象严重依赖于碲化汞的拓扑能带结构，并且它们在非常低的电场下发生，使它们成为与超导体接口以实现手性马约拉纳费米子的理想候选者。
2020-03-31 cond-mat.mes-hall
Emergent Multi-flavor QED3 at the Plateau Transition between Fractional Chern Insulators: Applications to graphene heterostructures
最近在石墨烯异质结构中的实验已经观察到陈绝缘体-通过周期性衬底电势使整数和分数量子霍尔态成为可能。在这里，我们从理论上研究了不同的陈绝缘体之间的竞争，这可以通过周期势的振幅调谐，导致一个新的QED $_3$ -陈-西蒙斯理论描述的量子临界点的家庭。在这些临界点上，狄拉克费米子的$N_f$类通过陈-西蒙斯水平$K$的涌现U $(1)$规范理论相互作用，并且值得注意的是，整个家族（包括任何$N_f$或$K$）可以在外部磁场的特定值下实现。粒子-空穴共轭Jain态之间的跃迁实现了“纯”QED $_3$，其中多种口味的狄拉克费米子与Maxwell U $(1)$规范场相互作用。临界点的多味性质导致涌现的SU $(N_f)$对称性。具体而言，在从$ν=$ 1/3到2/3量子霍尔态的跃迁处，出现的SU（3）对称性预测了具有增强的双折射率的电荷密度波的八位组，这通过适用于石墨烯异质结构的微观模型的DMRG数值模拟来验证。我们提出了陈氏绝缘体的实验，可以解决2+1维共形场论研究中的开放问题，并测试最近的对偶启发的示意图。
2018-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-th
Surface Optical and Bulk Acoustic Phonons in the Topological Insulator, Bi2Se2Te
利用超快泵浦-探测光谱研究了拓扑绝缘体材料Bi 2Se 2 Te薄膜的声子动力学。薄膜的时间分辨微分反射率表现出快、慢振荡。我们已经给出了一个仔细的分析，声子频率的变化作为薄膜厚度的函数归因于存在的常设声学模式。然而，没有发现光学声子模式的频率随薄膜厚度的变化。这表明光学声子本质上属于拓扑绝缘体的表面。声学声子可以通过改变薄膜厚度来调谐，这一事实在室温低功率自旋电子器件和拓扑量子计算中具有巨大的潜力。
2015-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Demonstration of a quantized acoustic octupole topological insulator
量子化多极拓扑绝缘体（QMTIs）是近年来从现代电极化的强度理论中发展起来的一种描述高阶多极矩的量子化拓扑绝缘体，它存在于嵌套的威尔逊圈中，并通过晶格对称性被量子化。在过去被忽视的QMTIs揭示了新类型的带隙边界，它们本身代表了低维拓扑相和拓扑保护的零维（0D）角态。受到这些开创性理论预测的启发，人们付出了巨大的努力，在各种二维（2D）超材料中进行拓扑量子化四极相位的实验观察。然而，由于严格的要求，在晶体中的反交换反射对称性，它一直是具有挑战性的，以实现更高阶的量化多极矩，如八极矩，在一个现实的三维（3D）结构。在这里，我们克服了这些挑战，并通过实验实现了声学模拟的量化八极拓扑绝缘体（QOTIs）使用负耦合谐振器。我们通过第一性原理研究证实，我们的设计具有量化的八极拓扑相位，并通过实验证明了我们的超材料中状态拓扑层次的光谱证据，观察到3阶角态，2阶铰链态和1阶表面态。此外，我们揭示了拓扑相变从高阶到低阶多极矩在声学TI的改变设计。我们的工作提供了一个新的途径，探索高阶拓扑状态（HOTS）在3D经典平台。
2019-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
3D hinge transport in acoustic higher-order topological insulators
拓扑绝缘体中拓扑保护边界态的发现为探索新的输运现象开辟了一条新的途径。边界态对抗无序和杂质的单向性在电子和经典波器件中具有巨大的应用潜力。特别地，对于3D高阶拓扑绝缘体，它可以具有铰链状态，这允许能量沿着铰链通道传输。然而，铰链状态只被观察到沿一个单一的铰链，一个自然的问题出现：铰链状态是否可以同时存在于所有三个独立的方向上的一个样品？在这里，我们从理论上预测和实验上观察到的铰链状态的三个不同方向的高阶拓扑声子晶体，并证明其强大的单向传输从铰链到铰链。因此，成功地实现了三维拓扑铰链输运。这种新颖的声音传输可以作为具有非常规功能的声学器件的基础。
2021-08-05 cond-mat.mes-hall
Emergent metallicity at the grain boundaries of higher-order topological insulators
本文研究了高阶拓扑绝缘体晶界超晶格中的拓扑模式，发现当位错Burgers矢量指向无能隙角或铰链时，二阶和三阶拓扑绝缘体在零能附近会涌现自组织的拓扑金属态。
2023-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Acoustic topological insulator and robust one-way sound transport
由于凝聚态物质的量子电导行为和独特的后向散射免疫传播特性，凝聚态物质的新拓扑序的发现引起了基础物理和应用物理的极大兴趣，激发了经典波系统中类似的奇异效应，导致了波传播操纵的革命。然而，迄今为止，只有少数理论模型被提出来实现声学拓扑状态。在这里，我们从理论和实验上证明了一个二维声学拓扑绝缘体与量子自旋霍尔效应的声学模拟。由于双狄拉克锥附近的能带反转机制，在两个石墨烯类声学晶体之间的界面处可以观察到声学单向赝自旋相关的传播边缘态，对应于自旋正和自旋负。我们还通过实验验证了这种单向边缘态对不同晶格缺陷和无序的相关拓扑免疫性，这些缺陷和无序总是会导致固有的传播损耗和噪声。我们发现，这种独特的声学拓扑现象可以提供一个新的有前途的应用平台，如单向声隔离器，声学模式切换器，分配器，滤波器等新型声学器件的设计。
2015-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Contrasting twisted bilayer graphene and transition metal dichalcogenides for fractional Chern insulators: an emergent gauge picture
本文通过涌现规范场图像对比扭曲MoTe2与魔角TBG，揭示二者分别对应抛物线空穴耦合单一规范场与狄拉克费米子耦合相反规范场，从而解释零场FCI仅在MoTe2中稳定，并据此探讨稳定FCI的策略。
2024-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Emergent Symmetry and Valley Chern Insulator in Twisted Double-Bilayer Graphene
本研究结合理论计算与实验，观测到转角双双层石墨烯在横向电场下的谷陈数2态及霍夫施塔特能谱的能隙闭合现象，证实相互作用能不改变其涌现谷对称性与单粒子能带拓扑。
2024-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Acoustic topological Anderson insulators
最近在拓扑安德森绝缘体上的突破揭示了传统观念的崩溃，即足够强的无序可能会导致拓扑保护输运态的出现，而不是破坏。虽然拓扑Anderson绝缘体已经在各种时间反演对称性破缺系统中被观察到，但受时间反演对称性保护的拓扑Anderson绝缘体的观察仍然很少，这被认为在集成器件等应用中更有前途。在这里，我们报告的拓扑安德森绝缘体在二维双层声子晶体的实验观察。通过引入在位无序，观察到了强的自旋相关边缘态，作为拓扑Anderson绝缘相的证据。此外，通过计算自旋Bott指数来确定系统的拓扑不变量，证实了系统中存在无序诱导的拓扑态.我们的研究结果表明，在集成器件的加工过程中引入的杂质和缺陷可以诱导拓扑输运态的形成，这为集成器件的设计探索了新的途径。
2021-11-12 cond-mat.mes-hall
Emergent topological mirror insulator in t2g-orbital systems
铁磷属化物的电子能带结构呈现出四个狄拉克锥，这是由于晶体对称性和轨道成键取向。这个标志性的签名提出了pnictide家庭作为一个理想的候选人在寻找准二维拓扑晶体绝缘体。在这份报告中，我们探讨了相互作用引起的拓扑相位，不能用传统的本地序参量。基于模型哈密顿量的对称性分析表明，在具有四元晶场对称性的化合物中，电子在低温下占据两个简并的t2 g能级，可以自发地形成新的拓扑相.我们确定了两个稳定的拓扑相位的基态，这是从自发轨道电流秩序。这些电流由轨道间库仑相互作用引起的电子相关性驱动。第一个拓扑相位是一个反常的轨道霍尔相位，其特征是一个非零的陈氏数，而第二个拓扑相位有一个消失的陈氏数，虽然有一个额外的Z2-like不变量，保持宇称。更具体地说，相互作用引起的准二维拓扑晶体绝缘体的新相受到镜面反射对称性的保护，因此可以在磷属元素化物中实现。
2014-12-19 cond-mat.mes-hall
Emergent fractals in dirty topological crystals
Lehigh University（利哈伊大学）
本文以方形晶格无序陈绝缘体模型为研究对象，利用Bott指数和局域陈标记揭示了脏拓扑晶体在量子相变紧邻区域，拓扑与普通绝缘体涌现岛呈现空间分形结构的普适现象。
2025-11-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Acoustic corner states in topological insulators with built-in Zeeman-like fields
高阶拓扑绝缘体（HOTI），如拓扑角态，是拓扑物理领域的一个热门研究课题。但很少有人发现HOTI与Z_2指数描述的一阶拓扑绝缘体之间的联系。然而，最近，一项提案声称，可以在HOTI和Z_2拓扑绝缘体之间建立一个重要的桥梁。在Z_2拓扑绝缘体中，当施加面内塞曼场时，可以诱导出角态，即HOTI的特征。这样的塞曼场可以通过铁磁邻近效应或磁性原子掺杂等方法产生，这显然涉及到实验的复杂性。在这里，我们表明，声子晶体，设计为一个双层的耦合声学腔，主机正是凯恩-梅勒模型与内置的面内塞曼场。我们观察到沿锯齿形边缘的螺旋边缘态是带隙的，并且在空间上位于样品拐角处的拐角态出现在带隙中，证实了塞曼场引起的效应。我们进一步证明了有趣的对比度特性的角状态在外部和内部的角在一个六边形的环形样品。
2020-08-14 cond-mat.mes-hall
Higher-order topological phase in an acoustic fractal lattice
高阶拓扑绝缘体比一阶拓扑绝缘体支持更低维的拓扑边界态，在整数维系统中得到了广泛的研究。在这里，我们提供了一个新的范例，通过实验提出了一个高阶拓扑相的分形维系统。通过将Benalcazar，Bernevig和Hughes模型应用于Sierpinski地毯分形晶格，我们揭示了一个压缩高阶相图，该相图具有丰富的角态，它由零维外角态和1.89维内角态组成.其结果是，余维是1.89，我们的模型可以归类为分数阶拓扑绝缘体。在外/内角处的非零分数电荷表明分形系统中的所有角态确实是拓扑非平凡的。最后，在一个制造的声学分形晶格，我们实验观察到的外/内角态的本地声学测量。我们的工作证明了声学分形晶格中的高阶拓扑相，并可能为分数阶拓扑绝缘体的研究铺平道路。
2022-05-11 cond-mat.mes-hall
Electric control of emergent magnonic spin current and dynamic multiferroicity in magnetic insulators at finite temperatures
将热能转换成磁振子自旋电流和/或有效电极化的强度有望实现新的器件功能。本文提出了一种利用空间不均匀的外部静态电场在均匀温度下产生和控制开路磁子自旋电流和有效多铁性的方法。这个领域施加到一个铁磁绝缘体的Dzyaloshinskiii-Moriya型耦合局部变化的磁振子色散和修改的密度的热激发磁振子在一个区域的规模的字段的不均匀性。由此产生的磁振子密度梯度可以看作是有效磁振子温度梯度。这种有效的热梯度与局部磁振子色散一起导致开路、电场控制的磁振子自旋电流。事实上，对于外部电场的适度变化，预测的磁振子自旋电流是由可比的外部温度梯度产生的自旋（塞贝克）电流的规模。由成熟的数值支持的分析方法证实，有限的温度和不均匀的电场对于这种新出现的非平衡现象都是必要的。该提议可以集成在磁振子和多铁性电路中，例如使用例如纳米图案化将热转换成电控纯自旋电流，而不需要在纳米尺度上产生大的热梯度。
2018-02-13 cond-mat.mes-hall
Higher-order topological semimetal in acoustic crystals
高阶拓扑绝缘体的概念赋予了材料超过一阶的拓扑状态。特别地，三维（3D）高阶拓扑绝缘体可以具有拓扑保护的1D铰链状态（称为二阶拓扑绝缘体）或0D角状态（称为三阶拓扑绝缘体）。类似地，如果3D高阶拓扑半金属在1D铰链上承载状态，则可以设想3D高阶拓扑半金属。在这里，我们报告了在3D打印的声学晶体中实现二阶拓扑Weyl半金属，其具有3D动量空间中的Weyl点，表面上的2D费米弧态和铰链上的1D无隙态。像弧面状态一样，铰链状态也连接外尔点的投影。我们的实验结果证明了高阶拓扑半金属的存在，这可能为创新的声学器件铺平道路。
2021-02-15 cond-mat.mes-hall
Observation of an acoustic octupole topological insulator
与晶体中的能带相关联的Berry相可以导致量子化的量，例如绝缘体中的电偶极极化的量子化，称为一维（1D）拓扑绝缘体（TI）相。最近的理论已经将这种量子化从偶极推广到更高的多极矩，从而导致多极TI的发现，多极TI在边界的边界处表现出多极拓扑的级联层次：三维（3D）块体中的量子化八极矩可以在其二维（2D）表面上诱导量子化四极矩，然后沿着一维铰链产生量子化偶极矩。二维四极TI模型已经在各种经典结构中实现，表现出零维（0D）的间隙角态。在这里，我们报告的实现上的量化八极TI的平台上的三维声学超材料。通过直接声学测量，我们观察到0D角状态，1D铰链状态，2D表面状态，和3D体状态，作为从八极矩到四极矩和偶极矩的拓扑层次结构的结果。通过与另外两个具有平凡八极矩的样品的比较，进一步论证了形成非平凡八极矩的临界条件。因此，我们的工作建立了多极拓扑结构及其完整的级联层次结构的三维几何形状。
2022-09-26 cond-mat.mes-hall
Heat conduction in magnetic insulators via hybridization of acoustic phonons and spin-flip excitations
通过引入仅需Zeeman分裂和磁弹耦合的最小模型，论证声学声子与自旋翻转激发的杂化是顺磁绝缘体CsYbSe$_2$纵向热导率非单调磁场依赖性的原因，揭示了普适磁热输运现象。
2024-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Particle-Hole Duality, Emergent Fermi Liquids and Fractional Chern Insulators in Moiré Flatbands
莫尔条纹平带，例如，在扭曲的双层石墨烯在魔角，已经吸引了足够的兴趣，由于他们的高度的实验可调性和有趣的可能性，产生新的强相互作用相。在这里，我们认为分数填充自旋和谷极化莫尔平带内的库仑相互作用的核心问题，并证明了在孔，获得一个非平凡的孔分散的对偶描述，提供了关键的物理直观，并使使用标准的微扰技术，这个强相关的问题。在实验相关的示例中，例如ABC堆叠的三层和与氮化硼对齐的扭曲双层石墨烯，其导致在电子填充分数分别下降到大约$1/3$和$2/3$时出现相互作用驱动的费米液态。在甚至更低的填充分数，电子密度仍然忠实地跟踪单孔色散，同时表现出明显的非费米液体行为。最突出的是，我们提供了微观证据，高温分数陈绝缘体可以形成在扭曲的双层石墨烯与六方氮化硼对齐。
2020-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Phonon circular birefringence and polarization-filter in Magnetic Topological Insulators
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究磁拓扑绝缘体中声子圆双折射现象，提出声子偏振滤波机制，通过表面声子Hall黏性产生界面声子模，实现对声子偏振态的调控，为拓扑声学器件发展提供新途径。
2026-03-18 cond-mat.mes-hall
Topologically protected acoustic helical edge states and interface states in strongly coupled metamaterial ring lattices
时间反演（T）不变性拓扑绝缘体是凝聚态物理的重要发现之一，其最吸引人的特点是基于自旋的拓扑保护，即完全消除了具有一定自旋的导电电子在物质表面的散射.近年来，它使拓扑绝缘体从电子学向光子学、声子学和力学的范式转变，不仅带来了新的物理学，而且在强波输运方面也有潜在的应用。尽管人们对实现拓扑保护的声波输运越来越感兴趣，但T不变声学拓扑绝缘体尚未实现。在这里，我们报告的声学拓扑绝缘体的第一个演示：一个强耦合的超材料环晶格，支持单向传播的螺旋边缘状态下的T-对称，反向散射免疫边界突变。非常独特的是由于晶格位错而形成自旋过滤界面态。拓扑保护的边缘态和界面态的形成机制适用于各种其他波系统或更高的维度。
2015-08-24 cond-mat.mes-hall
Acoustic higher-order topological insulator on a Kagome lattice
高阶拓扑绝缘体（TI）是最近预测的一类服从扩展拓扑体边界对应原理的物质拓扑相。例如，二维（2D）二阶TI不像标准2D TI那样展现无间隙的一维（1D）拓扑边缘状态，而是具有拓扑保护的零维（0D）角状态。到目前为止，高阶TI仅在经典的机械和电磁超材料中表现出量子化的四极极化。在这里，我们实验实现了二阶TI的声学超材料。这是第一个实验实现的一种新型的高阶TI，呼吸Kagome晶格的基础上，具有零四极极化，但非平凡的散装拓扑结构的特点是量化的Wannier中心（WC）。与以前的高阶TI实现，角状态不仅取决于散装拓扑结构，但也对角落的形状，我们的实验表明，它们存在于锐角角的Kagome晶格，但不是在钝角角。这种形状依赖性允许角状态充当拓扑保护但可重构的局部共振。
2018-06-25 cond-mat.mes-hall
Acoustic realization of projective mirror Chern insulators
本文通过声学实验实现了投影镜像陈绝缘体，提出构建投影镜像对称性的通用方法，并直接测量了非阿贝尔贝里曲率与镜像陈数，证实了该拓扑相的存在。
2023-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Emergent Mott insulators and non-Hermitian conservation laws in an interacting bosonic chain with noninteger filling and nonreciprocal hopping
研究了具有非互易跳跃的相互作用玻色子链的基态和量子动力学。与厄米对应物形成鲜明对比的是，由于非互易跳跃和在位相互作用之间的竞争，基态可以在非整数填充的系统中支持莫特绝缘体。对于量子动力学，非厄米特系统的守恒定律与厄米特系统的守恒定律有着明显的不同。特别地，对于任何与哈密顿算符交换的厄米算符，它的期望值在非厄米量子动力学中保证是不守恒的。为了系统地识别非厄米守恒定律，建立了一种构造具有全实谱的非厄米多体量子系统守恒量的通用方法，并以所研究的系统为例进行了具体说明.利用超冷原子在光晶格中的非互易跳跃，可以对非整数填充和非厄米守恒律系统中的莫特绝缘体进行直接的实验观察。
2022-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Emergent Quantum Valley Hall Insulator from Electron Interactions in Transition-Metal Dichalcogenide Heterobilayers
Academic Centre for Materials and Nanotechnology, AGH University of Krakow（克拉科夫AGH大学材料与纳米技术学术中心）
研究揭示了在摩尔MoTe₂/WSe₂双层中拓扑相的出现，强调自旋轨道耦合和库仑相互作用在两孔每摩尔单元格中的关键作用，发现稳定的量子谷体绝缘体相，并展示长程相互作用可调节层间电子隧道效应，即使在没有相应单粒子跃迁的情况下也能产生拓扑非平凡带。
2026-04-23 cond-mat.mes-hall
Emergent QCD$_3$ Quantum Phase Transitions of Fractional Chern Insulators
受分数阶陈氏绝缘体的QED $_3$ -Chern-Simons量子临界点（Phys. Rev. X \textbf{8}，031015，（2018））的近期工作的启发，我们研究了分数阶陈氏绝缘体的非阿贝尔推广，即QCD $_3$ -Chern-Simons量子相变。这些相变由狄拉克费米子与非阿贝尔陈-西蒙斯规范场（$U(N)$、$SU(N)$、$USp(N)$等）相互作用来描述。利用Chern-Simons规范理论的能级-秩对偶性和非阿贝尔部分子结构，讨论了两类QCD $_3$量子相变。第一种类型发生在不同Jain序列中的两个阿贝尔态之间，而不是同一Jain序列中阿贝尔态之间的QED 3跃迁。一个很好的例子是$σ^{xy}=1/3$态和$σ^{xy}=-1$态之间的跃迁，其中$N_f=2$狄拉克费米子与$U(2)$ Chern-Simons规范场相互作用。第二种类型自然涉及非阿贝尔态。为了实验的可行性，我们专注于类Pfronan态的跃迁，包括Moore-Read Pfronan，反Pfronan，粒子-空穴Pfronan等。这些量子相变可以在实验系统中实现，如石墨烯异质结构中的分数Chern绝缘体。
2020-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-th
Observation of a $p$-orbital higher-order topological insulator phase in puckered lattice acoustic metamaterials
本文利用二维磷烯褶皱晶格声学超材料，结合泵浦–探测实验、紧束缚计算与有限元模拟，证实 p 轨道和褶皱几何诱导的高阶拓扑边缘态与角态。
2024-05-10 cond-mat.mes-hall
Double-layer graphene and topological insulator thin-film plasmons
我们提出了耦合无质量狄拉克二维电子系统的光学和声学等离子体激元集体模式的数值和分析结果。我们的研究结果适用于拓扑绝缘体（TI）薄膜和两个石墨烯片由薄的电介质阻挡层分开。我们发现，由于强体介电屏蔽TI声学模式被锁定到顶部的粒子-空穴连续，因此可能无法观察到。
2011-12-07 cond-mat.mes-hall
Five-dimensional Floquet topological semimetals with emergent Yang monopoles and linked Weyl surfaces
本文研究时间周期驱动下的五维普通绝缘体，揭示其可转变为含 Yang 磁单极子或相连 Weyl 面的 Floquet 拓扑半金属，并在强驱动下成为 Floquet Chern 绝缘体。
2025-01-07 cond-mat.mes-hall
Nonequilibrium steady states of the electric-field-driven Mott insulator: Thermalization, emergent Wannier-Stark ladder, and dielectric breakdown
在这项工作中，我们探讨了紧急非平衡稳态所产生的可能性，从电场驱动的莫特绝缘体通过Keldysh-Floquet动力学平均场论（DMFT），它可以确定完全相互作用，非平衡稳态状态的格林函数与非相互作用对应物作为输入到DMFT自洽环。与延迟的组件，获得较小的格林函数的非相互作用系统提出了一个重要的障碍，因为热化的非相互作用系统仍然需要一个精确的理解的耗散机制。这项工作的一个关键突破是，非相互作用的小格林函数可以确定的Wannier-Stark阶梯（WSL）本征态，这是通过标准的正则系综根据马尔可夫量子主方程热化。结果表明，强关联和大电场之间的复杂相互作用可以产生一个序列的两个介电击穿与第一个由相干重建的Mott间隙内的中间间隙状态和第二个由非相干隧穿通过偏置的Hubbard带。据预测，重建的中间间隙态产生自己的出射WSL结构与减少的有效电场。这两个介电击穿介导的重入绝缘相，其特征在于由粒子数反转，导致不稳定的非均匀电流密度状态在弱电子杂质散射。
2014-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Higher-order Klein bottle topological insulator in three-dimensional acoustic crystals
本文提出并实验验证了一类由动量空间滑移反射对称性保护的三维高阶Klein bottle拓扑绝缘体，揭示了其无能隙铰链模式，并引入两个拓扑不变量进行表征，为探索动量空间非简单空间对称性物理效应铺路。
2024-03-14 cond-mat.mes-hall
Acoustic spin-Chern insulator induced by synthetic spin-orbit coupling with spin conservation breaking
经典波的拓扑保护表面模式有望实现从能量的鲁棒传输到可靠的信息处理网络的各种应用。整数量子霍尔效应通过高精度计量设备在电子领域实现了这一承诺。然而，实现量子霍尔效应的模拟以及量子自旋霍尔效应的途径对于声学而言分别被磁场的要求或费米量子统计的存在所阻碍。在这里，我们使用了一个二维的声学晶体与两个层来模拟自旋轨道耦合，一个重要的组成部分，拓扑绝缘体。特别是，我们的设置允许我们摆脱对称性约束，因为我们依赖于非零“自旋”陈数的概念。我们实验表征新兴的边界状态，我们显示是无隙和螺旋。此外，在一个H形设备中，我们演示了如何通过调整几何形状来选择传输路径，从而构建复杂的网络。
2019-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Order in 3D Topological Insulators -- Wishful Thinking or Gateway to Emergent Quantum Effects?
三维拓扑绝缘体（TI）是一种完全调谐的量子力学机制，其中反向传播和相反自旋极化的导电通道在材料表面上相互平衡。这种拓扑表面态穿过TI的带隙，并存在于拓扑和普通材料（如真空）之间的界面处。尽管它平衡完美，但对于任何实际应用来说都是无用的。相反，它需要时间反演对称性（TRS）的破缺和交换能隙的出现来解开隐藏的量子态。在掺Cr（Sb，Bi）$_2$ Te $_3$中首次观察到的量子反常霍尔效应是这种状态的一个例子，其中在零场下形成两个边缘通道，穿过磁交换间隙。TRS的破坏可以通过用过渡金属或稀土离子对TI进行磁掺杂、调制掺杂以保持电子活性沟道不含杂质、或者通过在异质结构或超晶格中邻近耦合到磁有序层或衬底来实现。我们回顾了这些方法在著名的3D TI（Sb，Bi）$_2$（Se，Te）$_3$家族中所面临的挑战，并试图回答这些材料是否能达到围绕它们的炒作的问题。
2021-05-02 cond-mat.mes-hall
Observation of second-order topological insulators in sonic crystals
具有独特的无带隙边缘态的拓扑绝缘体已经彻底改变了对固体材料中电子性质的理解。这些无间隙的边缘状态是由拓扑不变量与广义Berry相位的体能带的量子化通过批量边缘对应，一个范例，也可以扩展到声学和光子系统。近年来，人们提出并观察到了高阶拓扑绝缘体（HOTI），其中体拓扑不变量导致了带隙边缘态和带隙角或铰链态，超越了传统的体-边缘对应关系。然而，现有的HOTI的研究仅限于紧束缚模型，不能描述传统的声波/光子晶体，由于多重布拉格散射的能带。在这里，我们报告的理论预测和实验观察的声学二阶拓扑绝缘体（SOTI）在二维（2D）声波晶体（SC）的紧束缚图片以外。我们观察到带隙的边缘状态和退化的间隙角状态，这表明批量边缘对应的层次结构的尺寸。此外，通过调节每个单胞中亚原子的角度，可以实现体态和边态的拓扑跃迁，导致体态、边态和角态之间的各种转换。声学SOTI的涌现特性为稳健局域声学模式的拓扑设计以及2D、1D和0 D模式之间的声学能量拓扑转移开辟了新的途径。
2018-07-03 cond-mat.mes-hall
Emergent topological re-entrant phase transition in a generalized quasiperiodic modulated Su-Schrieffer-Heeger model
South China Normal University（华南师范大学）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Engineering and Quantum Materials, Guangdong-Hong Kong Joint Laboratory of Quantum Matter, Frontier Research Institute for Physics, South China Normal University（广东省量子工程与量子材料重点实验室，粤港量子物质联合实验室，前沿物理研究所，华南师范大学）
本文研究了广义准周期调制Su-Schrieffer-Heeger模型中的拓扑可逆相变，发现两种类型相变并验证其存在。
2025-12-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Topological dislocation modes in three-dimensional acoustic topological insulators
位错在三维固态材料中普遍存在。这种实空间拓扑结构与倒易空间中定义的出现带拓扑结构的相互作用产生了束缚于线缺陷的无间隙螺旋模式。这被称为体位错对应，与传统的体边界对应特征拓扑状态的边界。然而，到目前为止，罕见的令人信服的实验证据提出了这个有趣的拓扑观察，由于在固态系统中存在的各种挑战。在这里，使用一个三维声学拓扑绝缘体与精确可控的位错，我们报告了一个明确的实验证据，长期期望的体位错对应，通过直接测量的一维拓扑位错模式的无间隙色散。值得注意的是，正如我们在进一步的实验中所揭示的，赝自旋锁定的位错模可以在任意形状的位错路径中被单向引导。在各种经典波系统中预期的独特的拓扑位错输运可以提供前所未有的对波传播的可控性。
2021-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
