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中科院聲學所揭示聲學拓撲角模式反�，F(xiàn)象
作者：劉如楠 來源：中國科學報  
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近日，中科院聲學所噪聲與振動重點實驗室博士生張鵬及研究員楊軍、賈晗與武漢大學、華南理工大學團隊合作，首次在聲子晶體中構(gòu)造了聲學萬尼爾構(gòu)型，并觀測到了分數(shù)化的聲學譜電荷分布，從而為判斷聲學人工晶體的拓撲性質(zhì)提供了一種內(nèi)稟的判據(jù)。相關(guān)研究成果于4月18日發(fā)表于《科學通報》。
拓撲聲學研究起源于利用聲學人工結(jié)構(gòu)實現(xiàn)凝聚態(tài)物理中復(fù)雜拓撲物理機制的過程。此后，拓撲聲學為實現(xiàn)聲場的定向調(diào)控提供了前景可觀的新思路。
然而，目前的研究大多基于凝聚態(tài)物理中貝里曲率的概念分析體系的拓撲性質(zhì)，該方法已不再適用于具有各種復(fù)雜晶體對稱性的聲學拓撲結(jié)構(gòu)。此外，聲波作為經(jīng)典波缺少限制拓撲態(tài)頻率的對稱性，導致大量的聲學拓撲態(tài)湮滅在體連續(xù)譜中，從而無法被實驗觀測和調(diào)控利用。
在本項研究中，研究人員在構(gòu)建的聲子晶體中測得了表現(xiàn)為分數(shù)化譜電荷的拓撲角模式反常，這種模式反�？梢宰鳛橐环N易于觀測的實空間拓撲指標對湮滅在體態(tài)中的拓撲角模式進行先驗判別。
在此基礎(chǔ)上，通過將不同的萬尼爾構(gòu)型按照多種方式進行組合，將原本湮沒在體連續(xù)譜中的角模式調(diào)制至帶隙中。在組合后的聲子晶體中，平庸相和非平庸相結(jié)構(gòu)均可以作為包覆層，這為在帶隙中構(gòu)造和調(diào)控拓撲角模式提供了一種新思路。
據(jù)介紹，這種模型有望應(yīng)用于設(shè)計高品質(zhì)因子的聲學諧振腔、聲學俘能器等功能器件。相關(guān)研究思路也可被推廣到彈性波，聲表面波等其他經(jīng)典波系統(tǒng)中。
在聲子晶體中實現(xiàn)處于不同拓撲相的萬尼爾構(gòu)型 中科院聲學所供圖
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.03.015
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