南开新闻网讯（通讯员 程丹）近日，南开大学陈树琪教授和程化教授团队与武汉大学刘正猷院士团队合作，在非阿贝尔拓扑声学研究中取得重要进展，实现了声学体系中人工SU(2)规范场诱导的非阿贝尔拓扑绝缘体，并实验观测到非阿贝尔边界态的自旋旋转与自旋翻转等新奇物理现象。该研究成果以“Acoustic Non-Abelian Topological Insulator Induced by Artificial SU(2) Gauge Fields”（人工SU(2)规范场诱导的声非阿贝尔拓扑绝缘体）为题，发表在国际物理学权威期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。
非阿贝尔规范场不仅是描述粒子物理中强相互作用与弱相互作用的重要理论基础，而且还创造了令人垂涎的具有显着特性的拓扑现象。与传统基于U(1)阿贝尔规范场的拓扑体系不同，非阿贝尔体系能够支持更复杂的能带结构、更丰富的拓扑边界态，以及自旋自由度间耦合与混合的新型传播机制。然而，由于需要矩阵形式耦合与动量空间非交换磁场构造，其实验实现极具挑战性。近年来，如何在经典波系统中构造非阿贝尔规范场，并进一步实现非阿贝尔规范场诱导的非阿贝尔拓扑绝缘体，成为拓扑物理领域的重要难题。
H型声子晶体在人工SU(2)规范场诱导下产生非阿贝尔边界态
研究团队提出了一种在声学等无自旋系统中实现人工非阿贝尔规范场的新方案，通过将体系中的层自由度映射为赝自旋自由度，利用层自由度构造矩阵规范场，从而实现等效人工SU(2)规范场。构建了声学非阿贝尔Hofstadter模型，克服了在动量空间构造非阿贝尔磁场类似物的挑战，并成功打开具有非阿贝尔特征的拓扑能隙。进一步实验观测到非阿贝尔拓扑绝缘体的边界态行为：边界态在传播过程中呈现出显著的自旋旋转特性，自旋投影在布洛赫球特定平面附近表现出自旋旋转行为，并在H型声子晶体中发生自旋翻转，体现出由非阿贝尔规范场所诱导的独特特征。
该成果不仅拓展了声学拓扑物理的研究边界，也为人工非阿贝尔规范场的构造与实验实现提供了新思路。深化了非阿贝尔规范场对经典波体系调控机制的理解，为非阿贝尔拓扑物理提供了经典波实验平台。此外，该研究为发展基于拓扑保护机制的新型抗干扰波传输方法提供了理论与实验基础，为拓扑声学在信息传输、自旋调控与能量控制等方面的应用奠定基础。
南开大学物理科学学院博士后王好南和刘慧副教授为论文共同第一作者，刘慧副教授、程化教授和陈树琪教授为论文共同通讯作者，南开大学物理科学学院和材料科学与工程学院为论文完成单位。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重大项目、天津市自然科学基金等资助。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/wjh8-tlvd
|
