Ubiquitous Topological States of Phonons in Solids: Silicon as a Model Material

点反射 表面状态 几何相位 声子 凝聚态物理 对称(几何) 物理 曲面(拓扑) 表面声子 拓扑(电路) 几何学 数学 光电子学 组合数学
作者
Yizhou Liu,Nianlong Zou,Sibo Zhao,Xiaobin Chen,Yong Xu,Wenhui Duan
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:22 (5): 2120-2126 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.1c04299
摘要

Research on topological physics of phonons has attracted enormous interest but demands appropriate model materials. Our ab initio calculations identify silicon as an ideal candidate material containing extraordinarily rich topological phonon states. In silicon, we identify various topological nodal lines characterized by quantized Berry phase π, which gives drumhead surface states observable from any surface orientations. Remarkably, a novel type of topological nexus phonon is discovered which is featured by double Fermi-arc-like surface states but requires neither inversion nor time-reversal symmetry breaking. Versatile topological states can be created from the nexus phonons, such as Hopf nodal links by strain. Furthermore, we generalize the symmetry analysis to other centrosymmetric systems and find numerous candidate materials, demonstrating the ubiquitous existence of topological phonons in solids. These findings open up new opportunities for studying topological phonons in realistic materials and their influence on surface physics.
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