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白皮书
Higher-order topological states in dual-band valley sonic crystals
发布日期 2025
声谷赝自旋作为声学系统动量空间中频率极值对应的量子态,为声波调控提供了全新自由度;高阶拓扑绝缘体(HOTIs)拓展了传统体 - 边对应原理,是经典波调控的关键概念。然而,谷声子晶体(VSCs)中的 HOTIs 仅存在于单带隙中,限制了角态的多频选择性,不利于多频声通信器件设计。为此,本研究设计具有 C3 对称性的 “Y 型” 声子晶体,构建出双带 VSC,且其低、高频带隙内的拓扑相变完全一致,最终通过理论与实验实现了双带谷声子晶体中的高阶拓扑态,丰富了 HOTIs 在声学多频调控系统的应用,为多带声学器件设计提供了新路径。
在本研究全流程中,所有关键模拟计算均通过 COMSOL Multiphysics 完成:借助其 “声学模块” 精准定义周期性边界条件,高效复现动量空间声传播环境,支撑 “Y 型” 声子晶体单元结构仿真、双带隙能带色散关系计算,助力解析低 、高频狄拉克点移动与双带隙形成机制;利用灵活的自定义后处理功能,实现谷陈数、贝里相位等拓扑物理量提取,以及声压分布、能量流方向、相位涡旋特征的可视化,为双带高阶拓扑态理论验证提供直观依据;同时,通过构建全尺寸样品模型,预判实验中边缘散射、频率重叠等干扰问题,优化散射体边长 l、宽度 t 等几何参数与测试装置布局,显著提升实验与理论结果的一致性。COMSOL 强大的有限元求解与多物理场分析能力,不仅是本研究顺利推进的核心技术支撑,更为后续多频声学局域器件研发提供了可靠仿真平台。
