トポロジカル絶縁体：フォノンに用いるソフトクランプしたトポロジカル導波路

トポロジカル絶縁体は、元々は凝縮物質系における電子波について見いだされた。最近、この概念は、スピンホール物理をエミュレートする人工格子のパターンを形成した物質中を伝播する光子やフォノンなどのボソン系に移行されている。本研究の動機の一部は、オンチップ回路におけるエッジチャネルに沿ったトポロジカルに保護された輸送の可能性である。原理的に、トポロジーは後方散乱から伝播を保護するが、損失から保護するわけではなく、トポロジカルかどうかにかかわらず、フォノニック導波路では損失がdB cm⁻¹レベルに制限されている。今回我々は、高度な散逸エンジニアリング（特に、最近提示されたソフトクランピング法）とフォノンのバレーホール・トポロジカル絶縁体の概念を組み合わせた。これによって、室温で散逸による伝播損失が3 dB km⁻¹のオンチップ・フォノニック導波路が可能になった。この値は、これまでのどのチップスケールデバイスよりも数桁低い。この低い損失により、高分解能超音波分光法を用いて、トポロジカル・フォノニック導波路における後方散乱からの保護を正確に定量化することも可能になった。我々は、フォノンが後方散乱されることなく鋭い120°の曲がり角を99.99％の確率で進み、失われるフォノンは100万個のうち1個未満であると推測する。今回の研究は、超低損失フォノニック導波路に関する新しい研究方向に着想を与えるとともに、トポロジカル保護や非エルミートトポロジカル物理を研究するためのクリーンなボソン系をもたらす。

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