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《Physical Review B》：雙層石墨烯聲子晶體中無局部Berry曲率的谷霍爾效應(yīng)
近日，我院聲學(xué)課題組在谷霍爾效應(yīng)研究方面取得進展。研究團隊研究了雙層石墨烯聲子晶體中能谷附近的谷陳數(shù)，發(fā)現(xiàn)在該能谷K和K'點沒有Berry曲率，其谷陳數(shù)為零，但仍反常地觀察到了谷霍爾效應(yīng)，相關(guān)成果以《Valley Hall effect in a bilayer graphene phononic crystal without localized Berry curvature》為題發(fā)表于凝聚態(tài)物理頂級期刊《Physical Review B》。我院與吉首大學(xué)共同培養(yǎng)的碩士研究生劉歡該論文第一作者，通訊作者為何兆劍和鄧科教授，長沙理工大學(xué)為第一單位。
圖1. 雙層石墨烯聲子晶體(a)，其能帶結(jié)構(gòu)(b).
在固體物理里面，電子具有電荷和自旋兩個十分重要的內(nèi)稟屬性。近年來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)除這兩個自由度之外，電子還具有能谷特性。能谷自由度是晶體倒空間中能量極值點(K和K'點)，其拓撲性質(zhì)可以用谷陳數(shù)來表征，谷邊緣態(tài)會出現(xiàn)在兩個具有不同谷陳數(shù)絕緣體構(gòu)成的界面上，此現(xiàn)象稱為谷霍爾效應(yīng)。相比于電子系統(tǒng)，在經(jīng)典系統(tǒng)中，比如在聲學(xué)系統(tǒng)和彈性波系統(tǒng)中，這類系統(tǒng)中只存在能谷的自由度。通常在這類系統(tǒng)中發(fā)生的谷霍爾效應(yīng)都是由非零的Berry曲率積分所得到的谷陳數(shù)來表征。然而，我們通過計算雙層石墨烯聲子晶體中能谷附近的發(fā)現(xiàn)，在該系統(tǒng)中并不存在局部的Berry曲率，導(dǎo)致其谷陳數(shù)為零，但是我們依然觀察到了谷霍爾現(xiàn)象，這與傳統(tǒng)的谷霍爾現(xiàn)象理論相悖。通過進一步研究發(fā)現(xiàn)，我們這里觀察到的谷霍爾效應(yīng)其來源于非零的谷歐拉數(shù)。
圖2. 雙層石墨烯聲子晶體界面(a), 和界面中的谷邊緣態(tài)(b).
該項工作得到了國家自然科學(xué)基金項目的支持。
文章鏈接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.111.094303