Акустические реализации конфигураций Ванье в различных топологических фазах. Кредит: ИАКАС

Топологическая акустика предлагает новый подход к управлению акустическими волнами с использованием нового явления переноса волн. Менее чем за десятилетие он представил ряд многообещающих новых идей для направленного управления акустическим полем.

Однако в большинстве существующих исследований топологические свойства систем анализируются на основе каркаса кривизны Берри, который уже неприменим к акустическим топологическим кристаллам с различной сложной кристаллической симметрией. Кроме того, большое количество акустических топологических состояний сливаются в объемном континууме из-за отсутствия внутренней симметрии, такой как киральная симметрия и симметрия частица-дырка, и поэтому их нельзя обнаружить или изменить.

Недавно исследователи из Института акустики Китайской академии наук (IACAS) в сотрудничестве с Уханьским университетом и Южно-Китайским технологическим университетом сконструировали акустические конфигурации Ванье путем измерения спектральных зарядов в фононных кристаллах для обнаружения топологических свойства акустических искусственных кристаллов.

Исследование было опубликовано в Science Bulletin 11 марта.

Они построили две топологически различные конфигурации Ванье в двумерных (2D) ПК с четырехкратной вращательной симметрией. Для каждой фазы они интегрировали спектры локальной плотности состояний (LDOS) по полосе спектра, чтобы получить спектральные заряды.

Угловые моды, вызванные конфигурациями Ванье различных комбинаций. Кредит: ИАКАС

Результирующие конфигурации Ванье фаз A и B демонстрируют дробный и нулевой угловой заряд соответственно. Измеренные дробные спектральные заряды могут характеризовать топологическую угловую аномалию, выявляя угловую моду независимо от ее частоты.

Стоит отметить, что предлагаемые ПК фаз А и В не требуют тонкой настройки граничных компенсаций и устойчивы к возможным экспериментальным деформациям. Кроме того, конфигурации Ванье в разных фазах естественным образом комбинируются для воспроизведения угловых мод в запрещенных зонах. Как обычная, так и экзотическая фазы могут служить в качестве слоев оболочки в комбинированных фононных кристаллах, открывая аномальный путь к разработке угловых мод в зазоре.

Предлагаемая парадигма имеет многообещающие применения в акустических резонаторах с высокими добротностями и сбором акустической энергии, а также в других классических волновых системах, таких как упругие волны и поверхностные акустические волны.