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反手性传播?拓扑电路看到了

Science China Press

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IMAGE:  (a)实验中的电路板结构图。(b)实验观测到的反手性边界态现象。(c)和(d)分别为电路板构造的莫斯乌比环和实验中的反手性边界态传输现象。 view more 

Credit: @Science China Press

简单的Haldane模型能够很好的展现拓扑绝缘体中手性边界态的物理性质。改良Haldane模型中存在着有趣的反手性边界态。最近一项研究通过电路结构首次在实验上观测到了反手性边界态的传输。 相关论文题为 “Observation of antichiral edge states in a circuit lattice”,近期出版在SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy (《中国科学: 物理学 力学 天文学》英文版) 2021年第5期。由新加坡南洋理工大学Yidong Chong教授和苏州大学杭志宏教授担任通讯作者。

拓扑绝缘体材料的手性边界态具有背散射抑制且缺陷免疫的单向传输特性,因此为信息输运提供了新的发展机遇。通过交换相互作用,一类新奇的反手性边界态也得到科学界的热议:边界态的传输方向在两个相反边界上相同,而在体态与边界态的传输方向相反。由于需要在晶格中引入磁矢势,反手性边界态在凝聚态物理中的实现具有极大的挑战性。电路系统凭借易于调控的优势成为实现反手性边界态的良好平台。

该项研究利用电路结构实现了改良的Haldane晶格并观测反手性边界态。该电路仅由电容和电感器件构成,它们之间的相互作用产生了有效的磁矢势,晶格次近邻相互作用的相位与传统的Haldane模型相反。通过测量电路中电压分布,该研究工作首次在实验上直接观测到了反手性边界态的传输现象。其次,还通过设计电路结构构造了莫斯乌比环,并探测了其上的反手性边界态传播。如图1所示。

这证明了电路结构可以作为一个良好的实验平台实现具有有效磁矢势的晶格模型,为未来研究更复杂的矢势结构提供了有效的方法。

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该项研究得到了国家自然科学基金(Grant Nos. 11874274和12004425),江苏省自然科学基金(Grant Nos. BK20170058和BK20200630)、江苏高校优势学科建设工程项目(PAPD)和新加坡MOE Academic Research Fund Tier 3 Grant MOE2016-T3-1-006的资助。

更多详情请阅原文: Y. Yang, D. Zhu, Z. H. Hang, and Y. D. Chong, Observation of antichiral edge states in a circuit lattice, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 64(5), 257011 (2021). https://doi.org/10.1007/s11433-021-1675-0

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