Die topologische Akustik bietet einen neuen Ansatz zur Manipulation akustischer Wellen unter Verwendung des neuartigen Wellentransportphänomens. In weniger als einem Jahrzehnt hat es eine Reihe vielversprechender neuer Ideen für die Richtungskontrolle akustischer Felder hervorgebracht.
Die meisten der bestehenden Studien analysieren jedoch die topologischen Eigenschaften von Systemen auf der Grundlage des Berry-Krümmungsgerüsts, das nicht mehr auf akustische topologische Kristalle mit verschiedenen komplexen Kristallsymmetrien anwendbar ist. Darüber hinaus verschmelzen viele akustische topologische Zustände aufgrund des Fehlens intrinsischer Symmetrien wie chiraler Symmetrie und Teilchen-Loch-Symmetrie im Volumenkontinuum und können daher nicht erkannt oder manipuliert werden.
Kürzlich konstruierten Forscher des Instituts für Akustik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IACAS) in Zusammenarbeit mit der Wuhan University und der South China University of Technology akustische Wannier-Konfigurationen, indem sie spektrale Ladungen in phononischen Kristallen (PCs) maßen und eine quantisierte Observable lieferten die topologischen Eigenschaften von akustischen künstlichen Kristallen zu erkennen.
Die Studie wurde veröffentlicht in Wissenschaftsbulletin am 11. März.
Sie konstruierten zwei topologisch unterschiedliche Wannier-Konfigurationen in den zweidimensionalen (2D) PCs mit vierzähliger Rotationssymmetrie. Für jede Phase integrierten sie lokale Zustandsdichtespektren (LDOS) über das Spektrumband, um die spektralen Ladungen zu erhalten.
Die resultierenden Wannier-Konfigurationen der Phasen A und B zeigten eine gebrochene bzw. null Eckenladung. Die gemessenen spektralen Teilladungen könnten eine topologische Eckenanomalie charakterisieren und den Eckenmodus unabhängig von seiner Frequenz aufdecken.
Es ist erwähnenswert, dass die vorgeschlagenen PCs der Phasen A und B keine fein abgestimmten Grenzkompensationen erfordern und robust gegenüber möglichen experimentellen Verformungen sind. Darüber hinaus werden die Wannier-Konfigurationen in verschiedenen Phasen natürlich kombiniert, um die Eckmoden in Bandlücken zu reproduzieren. Sowohl die gewöhnlichen als auch die exotischen Phasen können als Mantelschichten in den kombinierten phononischen Kristallen dienen und einen anomalen Weg zur Konstruktion von In-Gap-Eckmoden bieten.
Das vorgeschlagene Paradigma hat vielversprechende Anwendungen in akustischen Resonatoren mit hochwertigen Faktoren und akustischer Energiegewinnung sowie anderen klassischen Wellensystemen wie elastischen Wellen und akustischen Oberflächenwellen.
Mehr Informationen:
Peng Zhang et al., Beobachtungen akustischer Wannier-Konfigurationen, die eine topologische Eckanomalie aufdecken, Wissenschaftsbulletin (2023). DOI: 10.1016/j.scib.2023.03.015