Observation des états Hall quantiques acoustiques 3D

L’effet Hall quantique (QHE) est l’une des découvertes les plus remarquables de la physique de la matière condensée, ouvrant la voie à la physique topologique. L’extension du QHE en trois dimensions est une entreprise inspirante mais difficile. Cette difficulté vient du fait que les niveaux de Landau en trois dimensions s’étendent dans des bandes suivant la direction du champ magnétique, empêchant l’ouverture de lacunes de volume.

Récemment, un schéma réalisable a été proposé dans les semi-métaux de Weyl, dont les états d’arc de Fermi sur des surfaces opposées sont connectés par les points de Weyl de volume pour former une boucle de Fermi complète, et sous l’effet du champ magnétique, des états de bord unidimensionnels sont induits sur la frontière de la surface opposée. Cependant, les états de bord uniques n’ont pas encore été observés expérimentalement.

Dans un nouvel article publié dans Bulletin scientifiqueDes chercheurs de l’Université de Shanxi et de l’Université de Wuhan en Chine ont proposé théoriquement et démontré expérimentalement le QHE tridimensionnel pour les ondes acoustiques dans un cristal acoustique de Weyl. En particulier, les états de bord unidimensionnels intéressants sur les surfaces opposées ont été directement observés.

Le champ magnétique n’ayant aucun effet sur les ondes acoustiques, un champ pseudomagnétique a été construit, dont l’effet sur les ondes acoustiques est similaire à celui des champs magnétiques sur les électrons. Une stratégie courante pour construire des champs magnétiques pseudomagnétiques à ondes acoustiques consiste à introduire un gradient structurel.

Dans cet article, la structure du gradient a été introduite en faisant varier les cavités acoustiques correspondant à l’énergie sur site. Au cours du processus, les arcs de Fermi reliant les points de Weyl se sont déplacés simultanément dans la même direction, de sorte que les états de volume et de surface ont subi le même champ pseudomagnétique. Avec le champ pseudomagnétique, les états de surface ont formé des niveaux de Landau et les états de bord unidimensionnels ont été générés et localisés près des charnières diagonales.

Dans l’expérience, un échantillon de cristal acoustique a été fabriqué à l’aide de la technologie d’impression 3D et les états de bord unidimensionnels ont été directement observés en mesurant le champ de pression acoustique dans l’échantillon.

« Cette étude pourrait ouvrir de nouvelles voies pour manipuler les ondes acoustiques, qui servent de base à des dispositifs acoustiques aux fonctions non conventionnelles. Elle offre une plateforme idéale et ajustable pour explorer la physique de Hall, et peut s’étendre à d’autres structures artificielles, telles que les systèmes optiques et atomiques froids », affirment les chercheurs.