Nat. Rev. Phys.详述拓扑核心概念：声学系统&机械系统中的拓扑相

初学者

2019-03-03

将源于光学的几何（Berry）相位和凝聚态物理学中早已建立的拓扑学概念相结合后，经典波动物理学的研究重新引发关注。最近，声波，以及各类机械系统成为例证拓扑相的普遍性与多样性的绝佳平台。在这篇综述中，香港浸会大学Guancong Ma，武汉大学Meng Xiao以及香港科技大学C. T. Chan（共同通讯作者）介绍了与声学&机械系统中已经实现的各类拓扑现象有关的核心物理概念：狄拉克点，量子霍尔/量子自旋霍尔/谷霍尔效应，Floquet拓扑相，3D无间隙态以及外尔晶体。

核心内容：

1. 声学系统&机械系统是研究一大类较早出现于凝聚态物理中的拓扑相的通用平台。

2. 可观测到的拓扑现象包括量子霍尔效应/量子自旋霍尔效应/谷霍尔效应/ Floquet拓扑相/无间隙态/外尔系统的（类）狄拉克点。

3. 由于经典声学系统与凝聚态系统存在差异（例如，前者缺乏Kramers简并），实现拓扑相需要新方法。

4. 声子晶体中对称性破缺方案对于实现拓扑相十分关键，该综述对其后续影响和局限性进行了讨论。

图1. 狄拉克锥色散

图2. 狄拉克点和类狄拉克点

图3. 声学外尔半金属

Ma G, Xiao M, Chan C T, et al. Topological phases in acoustic and mechanical systems. Nature Reviews Physics, 2019.

DOI: 10.1038/s42254-019-0030-x

https://www.nature.com/articles/s42254-019-0030-x#article-info