本文選題：聲子晶體 + 拓撲相變��； 參考：《物理學報》2017年22期

【摘要】：構建了一種簡單的二維聲子晶體:由兩個橫截面為三角形的鋼柱所組成的復式元胞按三角點陣的形式排列在空氣中,等效地形成了一個蜂巢點陣結構.當三角形鋼柱的取向與三角點陣的高對稱方向一致時,整個體系具有C_(6v)對稱性.研究發(fā)現(xiàn):在保持鋼柱填充率不變的條件下,只需要將所有三角柱繞著自己的中心旋轉180°,就可實現(xiàn)二重簡并的p態(tài)和d態(tài)在布里淵區(qū)中心Γ點處的頻率反轉,且該能帶反轉過程實質上是一個拓撲相變過程.通過利用Γ點的P態(tài)和d態(tài)的空間旋轉對稱性,構造了一個贗時反演對稱性,并在聲學系統(tǒng)中實現(xiàn)了類似于電子系統(tǒng)中量子自旋霍爾效應的贗自旋態(tài).隨后通過k·p微擾法導出了Γ點附近的有效哈密頓量,并分別計算了拓撲平庸和非平庸系統(tǒng)的自旋陳數(shù),揭示了能帶反轉和拓撲相變的內在聯(lián)系.最后通過數(shù)值模擬演示了受到拓撲不變量保護的聲波邊界態(tài)的單向傳輸行為和對缺陷的背向散射抑制.文中所研究的聲波體系,盡管材料普通常見,但其拓撲帶隙的相對寬度超過21%,比已報道的類似體系的帶隙都要寬,且工作原理涵蓋從次聲波到超聲波的很大頻率范圍,從而在實際應用上具有較大的優(yōu)勢和潛力.
[Abstract]:A simple two-dimensional phonon crystal is constructed. The compound cell composed of two steel columns with triangular cross section is arranged in the air in the form of triangular lattice, forming an equivalent honeycomb lattice structure. When the orientation of the triangular steel column is consistent with the high symmetry direction of the triangular lattice, the whole system has the C _ S _ (6) v) symmetry. It is found that the double degenerate p-state and d-state can be reversed at the central 螕 point of the Brillouin zone by rotating all the triangular columns 180 擄around the center of the Brillouin zone under the condition of keeping the filling ratio of the steel column constant, and it is found that the double degenerate p-state and the d-state can be reversed at the central 螕 point of the Brillouin zone. The energy band inversion process is essentially a topological phase transition process. By using the P state of 螕 point and the spatial rotation symmetry of d state, a pseudo-time inversion symmetry is constructed, and a pseudospin state similar to the quantum spin Hall effect in the electronic system is realized in the acoustic system. Then the effective Hamiltonian near 螕 point is derived by the k-p perturbation method, and the spin decay numbers of the topological mediocre and non-mediocre systems are calculated, respectively, which reveal the intrinsic relationship between the energy band inversion and the topological phase transition. Finally, numerical simulation is performed to demonstrate the one-way propagation behavior of the acoustic wave boundary state protected by topological invariants and the suppression of backscattering to defects. Although the acoustic wave system studied in this paper is common in materials, the relative width of the topological band gap is more than 21, which is wider than that of similar reported systems, and the working principle covers a wide range of frequencies from infrasound to ultrasonic. So it has great advantage and potential in practical application.
【作者單位】： 華南理工大學物理與光電學院;
【基金】：國家自然科學基金(批準號:11274120,11574087)資助的課題~~
【分類號】：O735

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本文編號：2017444