拓撲聲學中新穎物理效應的研究

《拓撲聲學中新穎物理效應的研究》是依託南京大學，由倪旭擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：拓撲聲學中新穎物理效應的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：倪旭
• 依託單位：南京大學

項目摘要

拓撲聲學或拓撲聲子晶體作為最近兩年才提出的新概念，一出現就引起了研究人員尤其是凝聚態物理學家的高度重視，其特殊的優點在於：受能帶的非平庸拓撲性質保護，拓撲聲子晶體中存在能夠抑制背散射的魯棒的單向邊界態，這種單向邊界態能夠繞過缺陷進行無損耗地傳播，可以用來設計新型聲波導，有利於未來集成聲學器件的設計。然而，與已經高度發展的傳統聲子晶體、聲學超構材料以及拓撲電子學、拓撲光子學相比，拓撲聲子晶體的研究才剛剛開始，還有很多尚未解答的問題等待研究人員去探究。有鑒於此，申請人把拓撲聲子晶體作為研究對象，從理論、模擬、實驗三個方面系統深入研究其物理效應與內在機制，並探索三種不同性質的拓撲聲子晶體：擁有大陳數的拓撲聲子晶體、拓撲安德森聲子晶體以及Floquet拓撲聲子晶體。通過本項目的研究，爭取對拓撲聲子晶體有一個系統而深入的認識，為其在超聲醫學、建築聲學、無損檢測、水聲學等重要領域的套用奠定理論基礎。

結題摘要

拓撲聲子晶體是當前凝聚態物理研究領域的前沿熱點課題之一，由於能帶非平庸拓撲性質的保護，拓撲聲子晶體擁有能夠抑制背散射的魯棒的單向聲學邊界態，採用這種新型聲波導有利於未來集成聲學器件的設計。因此，深入系統地研究拓撲聲子晶體的物理原理或內在機制，並將相關領域（例如傳統聲子晶體、聲學超構材料）中已有的知識與拓撲電子學或拓撲光子學的最新進展結合起來，會在拓撲聲學這一新領域碰撞出新的想法並會產生新的物理效應，在超聲醫學、建築聲學、無損檢測、水聲學等重要領域都有非常實際的套用前景。 本課題將拓撲聲子晶體作為研究對象，從理論、模擬、實驗三個方面系統深入研究其物理效應與內在機制，研究如何利用拓撲性質調控聲波的傳播，取得以下成果：1.設計了具有大陳數的時間反演對稱性破缺的拓撲聲子晶體，在帶隙中存在多條受能帶拓撲性質保護的單向傳輸無能隙邊界態；2.在具有手性層間耦合的三維聲子晶體中實驗觀測到了聲學外爾點與表面態費米弧，驗證了表面態的無障礙傳播；3.利用聲學表面倏逝波的干涉構造了聲學斯格明子晶格，晶格單元內部的聲質點振速矢量呈現出類似於磁性斯格明子的拓撲自旋構型；4.發展了矢量聲學探測技術。 本項目在拓撲聲學方面的研究結果拓展了聲學微結構材料及物理效應的研究領域，為研究聲子玻色系統的拓撲效應提供了研究平台，為聲學器件，特別是聲子集成晶片、聲學探測、聲學二極體等新興領域的套用，開拓了新思路。