Nature:皮米精度位移測量雷射幹涉儀助力聲子四極拓撲絕緣體觀測

2020-11-23 儀器信息網


電荷極化理論能夠描述中性玻色子系統的布洛赫能帶，它預言二維量子化的四極絕緣體具有帶隙、拓撲的一維邊緣模式。蘇黎世邦理工大學的Sebastian Huber教授課題組巧妙地利用一種機械超材料結構來模擬二維的拓撲絕緣體，首次在實驗上觀測到了聲子四極拓撲絕緣體。這一具有重要意義的結果第一時間被刊登在nature上。研究人員通過測試一種機械超材料的體、邊緣和拐角的物理屬性，發現了理論預言的帶隙邊緣和隙內拐角態。這為實驗實現高維度的拓撲超材料奠定了重要基石。

 

 

圖1：實驗裝置示意圖（圖片來源：doi:10.1038/nature25156）

 

值得指出的是，Sebastian Huber教授利用細金屬絲將100片矽片組成一個10cmX10cm的平面，以此來模式二維拓撲絕緣體（如圖1所示）。關鍵點是，當矽晶片被超聲激勵時，只有中心點有振動；其他角儘管連接在一起仍然保持靜止。這種行為類似於二維拓撲絕緣體的帶隙邊緣和隙內拐角態的電子行為。而如何探測矽晶片的微小振動是整個實驗成功的關鍵，Sebastian Huber教授利用德國attocube system AG公司的IDS3010皮米精度雷射幹涉儀（如圖2所示）來測量矽晶片不同位置的微小振動變化，整個測量系統的不確定度達到5pm的精度，測量統計誤差達到10pm，最後在通過超聲激勵後測得矽晶片的中心位置的振動位移為11.2pm，通過傅立葉變換之後在73.6KHz（如圖3所示）。通過attocube皮米精度雷射幹涉儀IDS3010成功實現聲子四極拓撲絕緣體的首次觀測。

 

圖2：皮米精度位移測量雷射幹涉儀IDS3010

 

 

圖3：測量系統示意圖和經過傅立葉頻率變換的測量結果

（圖片來源：doi:10.1038/nature25156）

IDS3010皮米精度位移測量雷射幹涉儀體積小、測量精度高，解析度高達1 pm，適合集成到工業應用與同步輻射應用中，包括閉環位移反饋系統搭建、振動測量、軸承誤差測量等。同時也得到了國內外眾多低溫、超導、真空等領域科研用戶的認可和肯定。

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