物性物理学：フォノニック四重極トポロジカル絶縁体の観測

固体中の電荷分極に関する現代理論は、ベリー位相の一般化に基づいている。運動量空間における平行輸送に起因するベリー位相の量子化の可能性は、トポロジカルバンド構造を持つ系の理解に不可欠である。電荷分極の概念に基づいてはいるが、この同じ理論を用いて、フォトニック結晶やフォノニック結晶などの中性ボソン系のブロッホバンドの特性も評価できる。最近、この量子化された分極の理論が、双極子モーメントからより高次の多重極モーメントに拡張された。特に、二次元量子化四重極絶縁体は、ギャップのあるトポロジカル一次元エッジモードを持ち、このエッジモードによってゼロ次元のギャップ内（in-gap）のコーナー状態が安定化すると予測されている。しかし、こうした物質状態はこれまで実験的に観測されていなかった。本論文では、フォノニック四重極トポロジカル絶縁体の測定について報告する。我々は、メカニカルメタマテリアル（力学的性質を調整した材料）のバルク、エッジ、コーナーの物理的性質を評価し、予測されたギャップのあるエッジ状態とギャップ内のコーナー状態を見いだした。この知見は、トポロジカルに非自明な系の力学的性質を、四重極理論によって予測される他の位相の試料と比較することで裏付けられた。こうしたトポロジカルコーナー状態は、より高次元のトポロジカルに保護された導波路を実験的に実現する重要な手段であるため、メタマテリアルを設計するための新しい道が開かれる。

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