夏百战课题组在《Physical Review Letters》发文:高阶声子晶体板的拓扑角态(图文)

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近来,湖南大学机械与爱情岛论坛运载工程学院夏百战课题组利用二维声子晶体板,在试验上验证了具有拓扑维护角态的弹性高阶拓扑绝缘体,在声子晶体板的稳健局域谐振操控,弹性波能量收回,结构振荡拓扑操控等范畴具有杰出的应用远景。该研讨成果以“Elastic higher-order topological insulator with topologically protected corner states”为题在线宣布在《Physical Review Letters》。《Physical Review Letters》是世界公认的物理学最顶级期刊、是物理范畴最具曝光度的综合性学术期刊,主要宣布物理前沿范畴重要的原创性研讨成果。机械院硕士研讨生范海燕(导师:夏百战副教授)为论文的第一作者,夏百战副教授为爱情岛论坛论文的通讯作者。

 

弹性波已在声子晶体中展现出负折射、超聚集和隐身大氅等奇异的性质。受声学和光学系统中拓扑特性的启示,弹性声子晶体板中受拓扑维护的边际态也得到了许多重视。但是,在此研讨之前,连续弹性声子晶体板中高阶拓扑态没有经过试验得以证实。 

在此项工作中,研讨人员在二维弹性声子晶体板中完成高阶拓扑态。该声子晶体板是经过从丙烯酸酯板中切开六角形块体,而且在每个节点的上下两侧连接两个圆柱形镀镍钕磁体作为附加质量构成弹性蜂窝晶格而构成。在由缩短原胞构成的正六边形样品中,研讨人员经过仿真和试验发现彻底带隙频率规模中存在具有带隙的一维鸿沟态、平凡的零维角态和受拓扑维护的零维角态。除此以外,经过对正六边形和正三角形样品进行仿真和试验比照发现,平凡的角态既存于钝角角点处也存在于锐角角点处,而受拓扑维护的角态只存在于钝角角点处而且具有较强的抗缺点能力。该研讨为拓扑维护的局域共振以及二维面态、一维边态和零维角态间弹性能量的拓扑变换拓荒了一条新的途径,在能量收回、振荡操控等范畴具有杰出的应用远景。

图2 正六角样品与其特征频率分布。a-c.胀大单元、缩短单元、带缺点(红虚线框)的缩短单元构成的正六角样品图d-f.胀大单元、缩短单元和带缺点的缩短单元构成正六角形样品特征频率分布的仿真结果g-j.身形、拓扑角态、平凡角态以及鸿沟态的仿真位移场图该工作得到了装备预研教育部联合基金青年人才基金(6141A02033216)以及国家自然科学基金创新研讨集体项目(51621004)的赞助。

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