中科院聲學所揭示聲學拓撲角模式反常現象

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造了聲學萬尼爾構型，并觀測到了分數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提供了一種內稟的判據。相關研究成果于4月15日發表于《科學通報》。

拓撲聲學研究起源于利用聲學人工結構實現凝聚態物理中復雜拓撲物理機制的過程。此后，拓撲聲學為實現聲場的定向調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物理中貝里曲率的概念分析體系的拓撲性質，該方法已不再適用于具有各種復雜晶體對稱性的聲學拓撲結構。此外，聲波作為經典波缺少限制拓撲態頻率的對稱性，導致大量的聲學拓撲態湮滅在體連續譜中，從而無法被實驗觀測和調控利用。

在本項研究中，研究人員在構建的聲子晶體中測得了表現為分數化譜電荷的拓撲角模式反常，這種模式反常可以作為一種易于觀測的實空間拓撲指標對湮滅在體態中的拓撲角模式進行先驗判別。

在此基礎上，通過將不同的萬尼爾構型按照多種方式進行組合，將原本湮沒在體連續譜中的角模式調制至帶隙中。在組合后的聲子晶體中，平庸相和非平庸相結構均可以作為包覆層，這為在帶隙中構造和調控拓撲角模式提供了一種新思路。

據介紹，這種模型有望應用于設計高品質因子的聲學諧振腔、聲學俘能器等功能器件。相關研究思路也可被推廣到彈性波，聲表面波等其他經典波系統中。

在聲子晶體中實現處于不同拓撲相的萬尼爾構型中科院聲學所供圖

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