Observação de estados de Hall quânticos acústicos 3D

O efeito Hall quântico (QHE) é uma das descobertas mais notáveis ​​na física da matéria condensada, abrindo a porta para a física topológica. Estender o QHE para três dimensões é um esforço inspirador, mas desafiador. Essa dificuldade surge porque os níveis de Landau em três dimensões se estendem em bandas ao longo da direção do campo magnético, impedindo a abertura de lacunas em massa.

Recentemente, um esquema viável foi proposto em semimetais de Weyl, cujos estados de arco de Fermi em superfícies opostas são conectados através dos pontos de Weyl em massa para formar um loop de Fermi completo, e sob o campo magnético, estados de borda unidimensionais são induzidos na fronteira da superfície oposta. No entanto, os estados de borda únicos ainda precisam ser observados experimentalmente.

Em um novo artigo publicado em Boletim Científicopesquisadores da Universidade de Shanxi e da Universidade de Wuhan da China, propuseram teoricamente e demonstraram experimentalmente o QHE tridimensional para ondas acústicas em um cristal acústico de Weyl. Em particular, os interessantes estados de borda unidimensionais nas superfícies opostas foram diretamente observados.

Como o campo magnético não tem efeito sobre as ondas acústicas, um campo pseudomagnético foi construído, cujo efeito sobre as ondas acústicas é similar ao dos campos magnéticos sobre os elétrons. Uma estratégia comum para construir PMFs de ondas acústicas é introduzir um gradiente estrutural.

Neste artigo, a estrutura de gradiente foi introduzida pela variação das cavidades acústicas correspondentes à energia no local. No processo, os arcos de Fermi conectando os pontos de Weyl simultaneamente mudaram ao longo da mesma direção, de modo que tanto os estados de volume quanto de superfície sentiram o mesmo campo pseudomagnético. Com o campo pseudomagnético, os estados de superfície formaram níveis de Landau, e os estados de borda unidimensionais foram gerados e localizados perto das dobradiças diagonais.

No experimento, uma amostra de cristal acústico foi fabricada usando tecnologia de impressão 3D, e os estados de borda unidimensionais foram observados diretamente medindo o campo de pressão acústica na amostra.

“Este estudo pode abrir novas maneiras de manipular ondas acústicas, que servem como base para dispositivos acústicos com funções não convencionais. Ele fornece uma plataforma ideal e ajustável para explorar a física de Hall, e pode se estender a outras estruturas artificiais, como os sistemas ópticos e atômicos frios”, dizem os pesquisadores.