论文题目分别为「Tracking Valley Topology with Synthetic Weyl Paths」（《通过外尔路径追踪谷拓扑物理》）和「Acoustic Realization of Surface-Obstructed Topological Insulators」（《面阻碍拓扑绝缘体的声学实现》），武汉大学为论文的唯一署名单位，邱春印为唯一通讯作者。以上研究受到国家自然科学基金委重大项目等基金资助。

图1：基于外尔路径理解谷拓扑物理。（a）谷声子晶体示意图；（b）合成三维布里渊区及外尔点分布；（c）二维带结构；（d）沿特定外尔路径测量的表面带结构，显示无带隙的手性表面态。

第一项工作从三维外尔（Weyl）物理的角度揭示谷投影能带的全局拓扑特性（见图1）。最近，人们把谷电子学的概念推广到经典波体系中，实现了谷态的畴壁拓扑输运现象。显著不同于传统的波导态，这种界面态具有极强的抗散射能力，有望用于设计性能卓越的声、光集成器件。然而，由于缺乏严格的体-边界对应关系，畴壁系统的谷拓扑性是非常微妙的。

更为糟糕的是，对于刚性边界的单个谷晶体，甚至不能得到任何关于边界态存在性的预测。本项研究基于虚拟维度的概念，为理解谷拓扑物理提供了一个新视角。考虑如图1所示的谷声子晶体，将正三角形散射体的取向自由度当成一个新维度，实现合成空间中的三维外尔点。

借助于严格量子化的外尔拓扑荷，建立体边界对应关系，预测单个谷声子晶体的边界可支持沿特定外尔路径的、无带隙的「合成二维表面态」；进一步，将解释推广到更为流行的畴壁体系。

相关发现可促进对谷拓扑物理的深刻理解，进而启发新的应用。

图2：三维「面阻碍」高阶拓扑绝缘体的声学实现。（a）实验样品；（b）体、面、棱态的空间分布示意图；（c-e）各空间区域上实验测量的强度谱线，显示「面阻碍」拓扑的完整证据；（f-h）相应数值模拟结果。

第二项工作构建并实现了首个三维「面阻碍」高阶拓扑绝缘体（见图2）。高阶拓扑相是拓扑物理研究的新宠儿。和总是表现为「体阻碍」的传统拓扑绝缘体不同，某些高阶拓扑绝缘体可以在体带隙开放的情形下发生拓扑相变，表现为「高维边界」的阻碍。

虽然早期的二维四极子模型现在被认为属于「边界阻碍」拓扑绝缘体，但确定「边界阻碍」这一重要的拓扑物理新概念依然缺乏充分的实验证据。

从一个简单的理论模型出发，这项工作设计并制备了「面障碍」拓扑绝缘体，其在相变点表现为表面态关闭。通过和平庸相及临界相样品做比较，实验频谱响应及空间场分布为「边界阻碍」这一新概念提供了完整、确凿的实验证据（图2）。

和以往发现的高阶棱态相比，这里观察到的棱态钉扎在体（表面）带隙的中间，因此在实空间更局域；与此同时，由于无色散，这种态可以「冻结」声音沿棱的传播。这些特性有望用于声传感、声能量捕获等。

邱春印长期从事声学拓扑物态方面的研究，取得了一系列研究进展。最近几年，他以通讯作者身份发表1篇Nature，2篇Nature Physics，9篇Phys.Rev.Lett.，2篇Nature Communications，1篇Science Advance。除个别工作外，以上研究均以武汉大学为唯一通讯单位完成。

论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.216403

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.224301

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