集成拓扑声子学
拓扑序描述了整个能带的全局性质，并对局部扰动展现出显著的鲁棒性。其中，受保护的边缘模式是一种极具应用潜力的拓扑现象，在这种模式下，波能够绕开大缺陷传播而不发生背向反射。集成声子电路作为一门新兴学科，得益于两个关键优势：首先，声子射频器件具有小型化、抗串扰特点，这归因于在相同频率下声子波长远小于电磁波以及声子传输受到介质约束的特点，形成高度局域化的传输通道；其次，声子与自旋、电场及光子等多种自由度的相互作用使其成为量子信息转导的理想候选。将拓扑声子模式引入集成声子电路体系中，有望带来一系列创新性的特性突破。我们目前的研究工作正致力于这一交叉学科领域，既注重理论分析又强化实验探索，以期实现更深入的理解和应用突破。
Zhang, Q.; He, L.; Mele, E. J.; Zhen, B.; Johnson, A. T. C.
General duality and magnet-free passive phononic Chern insulators
Nature Communications, 14, 916 (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-36420-4
创新性：
1. 发现了广义对偶性在对称性破缺工程中的作用。
2. 提出了一种在压电、压磁系统中能带结构调控的新方法。
Zhang, Q.*; Lee, D.*; Zheng, L.; Ma, X.; Meyer, S. I.; He, L.; Ye, H.; Gong, Z.; Zhen, B.; Lai, K. & Johnson, A. T. C.
Observation of gigahertz topological valley Hall effect in nanoelectromechanical phononic crystals
Nature Electronics 5, 157 (2022). DOI: 10.1038/s41928-022-00732-y
创新性：
用TMIM技术首次揭示了GHz下声子晶体的谷霍尔效应。
范德华材料的堆叠层错工程
范德华Van der Waals（vdW）材料由通过vdW相互作用结合的原子层组成，其性质可以通过调控层间扭转角度、构建异质结构以及控制堆叠构型来调节。在少层石墨烯中，堆叠方式具有非平凡性。例如，在双层石墨烯中，AB堆叠和BA堆叠顺序之间的层错可以产生受拓扑保护的谷霍尔边界模式。三层石墨烯中的ABC堆叠序具有量子相干态。我们已经在堆叠序工程及其表征方面开展了一些工作。
Gao, Z.*; Wang, S.*; Berry, J.*; Zhang, Q.*; Gebhardt, J.; Parkin, W. M.; Avila, J.; Yi, H.; Chen, C.; Hurtado-Parra, S.; Drndić, M.; Rappe, A. M.; Srolovitz, D. J.; Kikkawa, J. M.; Luo, Z.; Asensio, M. C.; Wang, F. & Johnson, A. T. C.
Large-area epitaxial growth of curvature-stabilized ABC trilayer graphene
Nat. Commun. 11, 546 (2020). DOI: 10.1038/s41467-019-14022-3
创新性：
发现基底曲率对三层石墨烯ABA-ABC堆叠区域畴壁的稳定作用。
Gao, Z.; Zhang, Q.; Naylor, C. H.; Kim, Y.; Abidi, I. H.; Ping, J.; Ducos, P.; Zauberman, J.; Zhao, M. Q.; Rappe, A. M.; Luo, Z.; Ren, L. & Johnson, A. T. C.
Crystalline bilayer graphene with preferential stacking from Ni-Cu gradient alloy
ACS Nano 12, 2275–2282 (2018). DOI:10.1021/acsnano.7b06992
创新性：
研发了一种具有优选转角的少层石墨烯生长方法。
基于纳米材料的生物传感器
纳米级电子材料对其环境非常敏感，这使它们成为制造传感器的理想材料。碳纳米管（CNT）和石墨烯材料因其在制造生物传感器方面的巨大潜力而备受关注，这些生物传感器能够实现简单且低成本的诊断。我们参与了将这些传感器推向市场的过程。
“电子鼻”
在照片中，启宬（Scott）介绍了一种手持式原型设备，用于替代图中大网格箱中的传感系统。该系统采用由碳纳米管与DNA交织而成的传感器阵列，能够检测疾病早期诊断的气味特征。这可以看作是电子版的“狗鼻子”。更多细节，请参阅《宾夕法尼亚今日》的报道。此外，《福布斯》《Philly Voice》《科学日报》等媒体也对该新闻进行了报道。