8月17日，《Physical Review Letters》以“Lattice deformation induced higher-order hybrid topology”为题，发表我院祝雪丰课题组与武汉大学刘正猷院士课题组在声学高阶杂化拓扑绝缘体方面合作成果。物理学院博士生武朋为论文的第一作者，武汉大学刘正猷院士和邓伟胤教授以及我院祝雪丰教授和彭玉桂副教授为论文的共同通讯作者，华中科技大学物理学院为本论文第一完成单位。
拓扑及其相互作用深刻重塑了我们对基础物理学的理解，并不断催生出新型物理现象。传统上，系统中的单一带隙仅能支持一类拓扑相，从而限制了可观测边界态的范围以及拓扑效应的多样性。近期兴起的混合序拓扑绝缘体研究打破了这一固有认知，证实不同拓扑态能够共存于同一能隙之中，然而，如何进一步拓展至高阶混合拓扑体系，并实现不同高阶拓扑机制的可控融合，仍是当前拓扑物态研究中的重要挑战。
图1 杂化拓扑相系统的示意图
研究依托晶格形变框架，提出了一种实现高阶杂化拓扑的通用设计方法，构建了可同时承载高阶自旋拓扑绝缘体（HOSTI）与高阶谷拓扑绝缘体（HOVTI）的声学杂化拓扑体系。通过打破六角蜂窝晶格中的Tp和C2对称性，实现了两类高阶拓扑机制的协同调控，并构建了由杂化参数θ连续调节的声学高阶杂化拓扑绝缘体。进一步地，通过调节参数θ，杂化体系能够连续调节HOSTI与HOVTI两类拓扑机制的相对贡献，实现不同杂化比例的拓扑物态演化。体系可在自旋主导与谷主导高阶拓扑相之间平滑过渡，并伴随角态数量、空间分布及拓扑性质的有序演变。该研究拓宽了高阶拓扑物态的研究范畴，为多种拓扑机制融合提供了新的设计框架，并为可重构声波调控器件的发展提供了新的思路。
图2 杂化拓扑构建及其能带特性
4月16日，我院祝雪丰教授团队和香港科技大学（广州）吴肖肖助理教授团队以及长安汽车全球研发中心合作，实现了三维声学福克态晶格中的全平带朗道能级，突破传统二维朗道规范与对称规范局限，为三维平带物理、拓扑量子物理与经典波系统交叉研究开辟全新方向。相关成果以“Realization of 3D all-flat bands in acoustic Fock-state lattices”为题发表于《Reports on Progress in Physics》（IF=20.7）上，并作为亮点文章被编辑Lorna Brigham在Research Highlight进行推荐报导。物理学院博士毕业生（现为长安汽车全球研发中心博士后）向霄、在读博士生武朋为共同第一作者，我院祝雪丰教授、彭玉桂副教授和香港科技大学（广州）吴肖肖助理教授为论文的共同通讯作者。
图3 IOP杂志社的Research Highlight报导截图
研究团队构筑了可控声波传输的三维人工结构，首次在完整三维体系中实现了全域平坦的三维朗道能级，突破了以往仅能在体系局部区域观测到平坦能级的局限。研究针对性设计的福克态晶格结构，可自发构筑合成声学赝磁场，其独特的近球形分布特征，保障了朗道能级在三维空间范围内保持理想平坦特性。在结构设计层面,搭建了由谐振器与耦合导管构成的三维声子晶体，通过精密设计非均匀耦合机制，并引入z方向梯度耦合，有效地在所有四个方向上实现了同心应变并加以应用，成功构筑出非均匀耦合福克态晶格，为实现三维全域平坦朗道能级奠定了关键结构基础。
该研究从理论和实验上证实了三维体系中真正平坦朗道能级的存在，并揭示了其区别于传统均匀周期调制场诱导产生的色散型朗道能级的新型物理特征。与传统均匀周期调制场诱导产生的色散型朗道能级不同，本研究观测到与利夫希茨转变密切关联、具备特殊模态分布特征的三维全平朗道能级，进一步丰富了三维朗道能级的物理内涵。此外，本次提出的构筑方法通用性强，不局限于声学体系，可灵活拓展至光学、电子体系、超导电路等多个前沿研究场景，为开发高稳定性、高品质共振特性的新型功能器件与技术提供了全新的设计思路与实现路径。
图4 福克态晶体的朗道能级和本征场
相关研究获得了科技部重点研发项目、国家自然科学基金等项目的资助。
