作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 (一)频域测量实验装置
PD，光电探测器；DC特区
c
电压源；偏置三通；VNA，矢量网络分析仪
(二)时域测量实验装置
SG，信号发生器；操作系统、示波器
学分:科学进步，doi:10
1126/sciadv
abe1398 边缘态是物理学中的一个新兴概念，已经被探索为下一代混合光电机械电路操纵电子、光子和声子的有效策略
科学家已经在石墨烯或类似石墨烯的材料中使用无间隙手性边缘态来理解奇异的量子现象，例如量子自旋或谷霍尔效应
在《科学进展》杂志上发表的一篇新报告中，向和他的同事报道了带隙纳米机械石墨烯的实验手性边缘态；具有断裂的空间反转对称性(存在偶极子)的独立式氮化硅纳米机械膜的蜂窝状网格
这种结构对急弯处的反向散射免疫，并表现出谷动量锁定效应
该团队实现了手性边缘态和众所周知的谷扭结态之间的平稳过渡，为超高频集成纳米机械系统中与软石墨烯相关的物理实验研究打开了大门
开发纳米机械石墨烯 二维材料边界手性边缘态的存在是凝聚态物理中一个有趣的现象
众所周知的例子包括量子霍尔效应(QH)或量子自旋霍尔效应(QSH)，其中手性边缘态充当无间隙反向散射免疫传导通道，即使内部绝缘
石墨烯是一种理想的二维材料，自从第一次实验实现以来就引起了广泛的兴趣
之字形终端石墨烯可以支持其边界处的平带边缘状态，导致包括磁性和超导性在内的各种现象
由于外加磁场的量子霍尔效应，石墨烯中的手性边缘态可以通过实验观察到，尽管在没有外加磁场的情况下也可以利用量子自旋霍尔效应
然而，微弱的自旋轨道相互作用使得石墨烯手性边缘态的实验实现成为一个突出的挑战
研究人员以前曾提出量子谷霍尔效应(QVH)作为在石墨烯中实现手性边缘态的替代策略
在这项工作中，Xi等人
通过构建一个在非常高的频带范围内起作用的间隙纳米机械石墨烯二维蜂窝晶格，实验上实现了量子谷手性边缘态
该团队将传统的带隙平带石墨烯边缘态调整为无隙手征态，以开发一种纳米机械系统，该系统可以产生具有电可调性和强非线性的石墨烯相关物理
锯齿形边缘纳米机械石墨烯
(一)底部边界为锯齿形边缘的石墨烯蜂窝状网格示意图
蜂窝状网格的单元由黑色虚线菱形表示
每个单元包含两个由红点和蓝点表示的子晶格
(二)制备的2D纳米机械石墨烯的光学显微镜图像
在黑暗中标记的区域是由衬底支撑的未掺杂的氮化硅薄膜
用红色和蓝色标记的悬浮膜形成石墨烯蜂窝状网格，其基本向量为a1和a2 (|a1| = |a2| = 9微米)
橙色标记的悬浮区域是石墨烯之字形边缘最外面的膜
插图显示了第一个布里渊区
放大的纳米机械石墨烯在体区和锯齿形边缘的光学显微镜图像
黑点是氮化硅层中用于从衬底释放氮化硅膜的蚀刻孔
(乙)中结构的模拟能带图
(G和H)在(F)中的点G和H处的边缘状态的模拟模态轮廓
a
u
，任意单位
学分:科学进步，doi:10
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abe1398 用边界势控制纳米机械石墨烯边缘态 这项工作中使用的普通石墨烯网格包含一个之字形边缘和一个纳米机械蜂窝网格结构
该团队通过实验实现了间隙纳米机械石墨烯，以观察具有量子谷霍尔效应(QVH)的手征边缘态
为此，他们在蜂窝状网格中构建了一个二维氮化硅膜阵列
他们首先通过在氮化硅层上蚀刻小孔，在绝缘体上的氮化硅晶片上制造材料，最终发现纳米机械石墨烯的bu lk区域显示出预期的QVH效应和非平凡的谷Chern数(Chern数可以提供关于波函数的信息)
Ge等
然后发展了广泛的理论分析，为在纳米机械石墨烯中实验实现手性边缘态奠定了基础
边缘态的能量响应随边界势的不同而不同，以提供直观的解释来控制体系结构内能量态的分散
该团队通过调整带间隙纳米机械石墨烯之字形边缘的现场电位，展示了实验可控性
在这个过程中，他们通过使用恒定电压Vdc和交流电压Vac的组合来触发膜的电化学弯曲运动，施加到激发电极上，并使用在1570纳米的光学波长下工作的自制迈克尔逊干涉仪进行光学测量
他们通过使用千赫比例积分微分控制器在干涉仪中锁相检测光束和参考光束
然后，他们使用矢量网络分析仪检测设备的频率响应，并使用与信号检测器同步的示波器测量来自光电检测器的信号
在实验过程中，他们重点研究了石墨烯边缘态及其在手性边缘态的转变，并沿着一个闭环的三角形边界表征了手性边缘态
边界势控制的纳米力学石墨烯边缘态
(一)锯齿状边缘的间隙纳米机械石墨烯的光学显微镜图像
体结构参数δb固定在200纳米
(B和C)在(F)中的点B(kx = 2π/3)和c (kx = 2π/3)处石墨烯边缘状态的复弹性位移场W的模拟实部和虚部
(D至H)δe = 0、250、545和750纳米以及1微米时(A)中结构的模拟(顶部)和测量(底部)能带图
随着δe的增加，边缘态的色散曲线向下弯曲
通过记录弹性波沿着(A)中的白色箭头的真实空间分布，然后执行傅立叶变换以将信号投影到动量空间，获得测量的带图
学分:科学进步，doi:10
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abe1398 无隙边缘态和谷扭结态 Xi等人
接下来，在载频为64的装置中，对由脉冲调制的真空信号驱动的弹性波的时空分布进行实验成像
65兆赫，1秒的脉冲宽度和1千赫的脉冲重复率，并发现无间隙边缘状态显示手性传播
最重要的是，无间隙边缘状态在没有反向散射的情况下平滑地通过急弯传播
类似的无间隙依赖于谷的手征模也可以存在于器件的拓扑畴壁上，这两个石墨烯区域具有相反的谷Chern数，称为谷扭结态
这种状态以前只在体声波和机械系统中得到证明，而不是在纳米力学中
Xi等人
然后实验性地展示了纳米力学的谷扭结态以及手性边缘态和谷扭结态之间的平滑跃迁
无反向散射时通过急弯传播的纳米力学手征边缘态的实验演示
学分:科学进步，doi:10
1126/sciadv
abe1398 他们通过设计和制造另一种带有间隙纳米机械石墨烯的器件，探索了谷扭结态及其在手性边缘态的相似性，并实验性地对装置中弹性波的时空分布进行了成像
该设置包含一个载波频率为60的脉冲调制交流信号
53 MHz，脉冲宽度为1
5秒和1千赫的脉冲重复率
手征边缘态的弹性波随后平滑地转换成谷扭结态，并沿着器件的畴壁传播，然后转换回手征边缘态，而不经历不期望的反向散射
纳米力学手征边缘态和谷扭结态之间的平滑过渡，不经历反向散射
学分:科学进步，doi:10
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abe1398 纳米力学展望 这样，和同事引入了石墨烯的概念，并通过精确控制石墨烯晶格的边界势引入了量子谷霍尔()手性边缘态
研究人员证实，这些状态在拓扑上不受急弯的影响，同时表现出谷动量锁定，很像量子自旋霍尔(QSH)系统
Xi等人
实现了手性边缘态和众所周知的谷扭结态之间的平滑过渡
手性边缘状态也显示出较小的覆盖区，证明了在实践中能够实现更紧凑的拓扑电路
研究结果提供了一种新的策略来构建各种在超高频区工作的集成纳米机械电路，包括单向波导和拓扑保护的高质量腔
这项工作将为探索石墨烯类系统中的非线性声子打开新的大门，包括石墨烯边缘孤子、放大器和激光器
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