近日，我院声学课题组在谷霍尔效应研究方面取得进展。研究团队研究了双层石墨烯声子晶体中能谷附近的谷陈数，发现在该能谷K和K'点没有Berry曲率，其谷陈数为零，但仍反常地观察到了谷霍尔效应，相关成果以《Valley Hall effect in a bilayer graphene phononic crystal without localized Berry curvature》为题发表于凝聚态物理顶级期刊《Physical Review B》。我院与吉首大学共同培养的硕士研究生刘欢该论文第一作者，通讯作者为何兆剑和邓科教授，304am永利集团为第一单位。

   

图1. 双层石墨烯声子晶体(a)，其能带结构(b).

在固体物理里面，电子具有电荷和自旋两个十分重要的内禀属性。近年来，科学家发现除这两个自由度之外，电子还具有能谷特性。能谷自由度是晶体倒空间中能量极值点(K和K'点)，其拓扑性质可以用谷陈数来表征，谷边缘态会出现在两个具有不同谷陈数绝缘体构成的界面上，此现象称为谷霍尔效应。相比于电子系统，在经典系统中，比如在声学系统和弹性波系统中，这类系统中只存在能谷的自由度。通常在这类系统中发生的谷霍尔效应都是由非零的Berry曲率积分所得到的谷陈数来表征。然而，我们通过计算双层石墨烯声子晶体中能谷附近的发现，在该系统中并不存在局部的Berry曲率，导致其谷陈数为零，但是我们依然观察到了谷霍尔现象，这与传统的谷霍尔现象理论相悖。通过进一步研究发现，我们这里观察到的谷霍尔效应其来源于非零的谷欧拉数。

                           

图2. 双层石墨烯声子晶体界面(a), 和界面中的谷边缘态(b).

该项工作得到了国家自然科学基金项目的支持。

文章链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.111.094303