清華大學(xué)徐勇研究組發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)無(wú)序誘導(dǎo)的三維二階拓?fù)浣^緣體
清華大學(xué)徐勇研究組發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)無(wú)序誘導(dǎo)的三維二階拓?fù)浣^緣體
2021年05月24日 瀏覽次數(shù): 0
? ? ? 近日清華大學(xué)交叉信息研究院徐勇研究組在拓?fù)淠蹜B(tài)物理領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，首次在理論上預(yù)言三維二階拓?fù)浣^緣體可以在完全隨機(jī)點(diǎn)陣即無(wú)定形體系中存在，并發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)無(wú)序可以誘發(fā)拓?fù)淦接瓜嗟蕉A拓?fù)浣^緣體的量子相變。研究人員還提出在實(shí)空間中計(jì)算三維二階拓?fù)浣^緣體拓?fù)洳蛔兞康姆椒ǎòㄓ袝r(shí)間反演對(duì)稱性的體系）。該成果的研究論文《結(jié)構(gòu)無(wú)序誘導(dǎo)的三維二階拓?fù)浣^緣體》（Structural-Disorder-Induced Second-Order Topological Insulators in Three Dimensions）于近日刊發(fā)于國(guó)際物理學(xué)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）。
? ? ?最近，高階拓?fù)浣^緣體在物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域獲得廣泛關(guān)注?？紤]一個(gè)
維系統(tǒng)，這類新型拓?fù)浣^緣體具有n-m( 1<m ≤ n)維無(wú)能隙邊界態(tài)。由于無(wú)定形材料在自然界中廣泛存在，一個(gè)很自然的問(wèn)題是無(wú)定形系統(tǒng)中是否可以存在高階拓?fù)浣^緣體。之前的研究表明三維二階拓?fù)浣^緣體需要晶格對(duì)稱性保護(hù)。考慮到無(wú)定形系統(tǒng)沒(méi)有晶格對(duì)稱性，這似乎意味著三維系統(tǒng)中不能存在二階拓?fù)浣^緣體。
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所研究體系鏈邊界態(tài)示意圖和計(jì)算結(jié)果
?????????????? 在此項(xiàng)工作中，研究人員發(fā)現(xiàn)三維無(wú)定形體系中可以存在二階拓?fù)浣^緣體，并且結(jié)構(gòu)無(wú)序可以誘導(dǎo)出二階拓?fù)浣^緣體。這意味著在某些條件下無(wú)定形系統(tǒng)相比于晶格系統(tǒng)更容易出現(xiàn)二階拓?fù)浣^緣體。具體而言，研究人員計(jì)算了三維隨機(jī)點(diǎn)陣的二端電導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)在一個(gè)參數(shù)區(qū)間內(nèi)，平均電導(dǎo)量子化到2e2?/ h，表明該三維體系的棱上存在無(wú)能隙的邊界態(tài)。另外，研究人員發(fā)現(xiàn)這種絕緣體由四極矩的繞數(shù)保護(hù)，因此不需要晶格對(duì)稱性。研究人員還發(fā)現(xiàn)在一個(gè)參數(shù)范圍內(nèi)，在平庸晶格體系中加入格點(diǎn)位置的隨機(jī)偏移會(huì)引起二端電導(dǎo)從0到2e2?/ h 的躍變。另外，隨著結(jié)構(gòu)無(wú)序的增加，局域態(tài)密度表明鏈邊界態(tài)的出現(xiàn)。以上證據(jù)表明結(jié)構(gòu)無(wú)序可以誘導(dǎo)出二階拓?fù)浣^緣體。最后，研究人員考慮時(shí)間反演對(duì)稱性體系，提出兩種新的拓?fù)洳蛔兞吭趯?shí)空間刻畫二階拓?fù)浣^緣體的性質(zhì)。具體計(jì)算也表明二階拓?fù)浣^緣體也可以存在于三維具有時(shí)間反演對(duì)稱性的無(wú)定形系統(tǒng)中。此項(xiàng)工作表明高階拓?fù)湎嗫赡茉跓o(wú)定形體系中廣泛存在，對(duì)于進(jìn)一步理解無(wú)序、對(duì)稱性和拓?fù)涞年P(guān)系具有重要意義。
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結(jié)構(gòu)無(wú)序誘導(dǎo)的三維二階拓?fù)浣^緣體
??? ?????該論文共同第一作者為清華大學(xué)交叉信息研究院在讀博士生王炅昊（2020級(jí)）和楊炎彬（2015級(jí)），通訊作者為徐勇助理教授，其他作者包括交叉信息研究院博士后戴凝。該項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金、清華大學(xué)引進(jìn)人才啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)和上海期智研究院的資助與支持。
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