近日，我院聲學課題組在谷霍爾效應研究方面取得進展。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，發現在該能谷K和K'點沒有Berry曲率，其谷陳數為零，但仍反常地觀察到了谷霍爾效應，相關成果以《Valley Hall effect in a bilayer graphene phononic crystal without localized Berry curvature》為題發表于凝聚態物理頂級期刊《Physical Review B》。我院與吉首大學共同培養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，長沙理工大學為第一單位。
圖1. 雙層石墨烯聲子晶體(a)，其能帶結構(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稟屬性。近年來，科學家發現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)，其拓撲性質可以用谷陳數來表征，谷邊緣態會出現在兩個具有不同谷陳數絕緣體構成的界面上，此現象稱為谷霍爾效應。相比于電子系統，在經典系統中，比如在聲學系統和彈性波系統中，這類系統中只存在能谷的自由度。通常在這類系統中發生的谷霍爾效應都是由非零的Berry曲率積分所得到的谷陳數來表征。然而，我們通過計算雙層石墨烯聲子晶體中能谷附近的發現，在該系統中并不存在局部的Berry曲率，導致其谷陳數為零，但是我們依然觀察到了谷霍爾現象，這與傳統的谷霍爾現象理論相悖。通過進一步研究發現，我們這里觀察到的谷霍爾效應其來源于非零的谷歐拉數。
圖2. 雙層石墨烯聲子晶體界面(a), 和界面中的谷邊緣態(b).
該項工作得到了國家自然科學基金項目的支持。
文章鏈接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.111.094303
