近日，南開大學物理科學學院陳樹琪教授、田建國教授帶領的課題組在物理學頂級期刊《Physical Review Letters》上發表了重要原創性論文成果《Experimental Realization of Type-II Weyl Points and Fermi Arcs in Phononic Crystal》，在國際上首次報道了聲學第二類外爾點的實驗結果，為三維拓撲物理提供了新的實驗結果。該成果以南開大學為第一研究單位、第一通信單位。

陳樹琪教授、田建國教授研究團隊在頂級期刊《Physical Review Letters》上發表的論文截圖

外爾點(Weyl point)是三維動量空間能帶結構的雙重簡并點，它攜帶有量子化的拓撲荷。最近，外爾費米子在外爾半金屬中被發現，并導緻了一系列超常的性質，如拓撲保護的表面态和手征反常。按照能帶的傾斜程度和能帶連接處費米面的形狀，外爾點分為第一類和第二類，其中第二類外爾點能帶色散沿一個方向強烈傾斜，并在能帶連接處具有錐型的費米面。第二類外爾點違背了洛倫茲對稱性，即要求物理定律獨立于參考系，因而不能在高能物理裡面出現。第二類外爾點具有獨特的拓撲特性，外爾點頻率下會發生拓撲轉變，并産生連接外爾點的費米孤，因而近年來受到廣泛的關注。

圖釋：聲子晶體中的第二類外爾點與費米孤

聲子晶體的宏觀特性和更為簡單的能帶結構，使聲子晶體在實驗探索複雜的量子物理方面具有獨特優勢。由于第二類外爾點的系統更複雜，所需要的實驗精度更高，因而一直沒有被實驗證實。

陳樹琪教授、田建國教授研究團隊通過設計制造堆疊手性聲子晶體，在國際上首次完成了第二類外爾聲子晶體實驗工作，觀測到了外爾頻率上的拓撲轉變和外爾頻率間的費米孤。

外爾聲子晶體有望應用在降低界面和尖銳拐角的反射，而第二類外爾聲子晶體由于同時具有表面模式和體模式，有望進一步拓寬外爾聲子晶體在非對稱波導和低反射異常折射中的應用。該工作有望啟發外爾聲子晶體在聲操控中的應用，并拓展到光學和冷原子等其它系統中。

該課題組在人工微結構波場調控研究中取得了一系列重要進展，形成了以人工微結構光場調控和聲場調控為主要特色的波場調控研究團隊。該課題組先前在人工微結構聲場調控的研究中已經取得了一系列重要進展，相關工作相繼發表在《Physical Review Letters》《Advanced Materials》《Physical Review Applied》等頂級期刊，報道了在雙層聲學人工微結構中實現了谷拓撲位相；在國際上首次提出了編碼聲學人工微結構，實現了聲波的定向發射、聚焦、單向傳播等重要應用；基于聲學凱庫勒晶格的對稱性，實現了赝自旋和谷霍爾邊緣态。

來源：南開大學新聞網

通訊員：佟天驕

記者：喬仁銘

編輯：肖天宇

審校：聶際慈

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