二维声子晶体中简单旋转操作导致的拓扑相变

• 作者: 吴世巧 梅军 王健
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 声子晶体 拓扑相变 能带反转 赝自旋
• 年，卷（期）: 2017,（22）
• 所属期刊栏目: 专题:拓扑经典波动
• 页码范围: 47-54
• 页数: 8页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.66.224301

摘要

构建了一种简单的二维声子晶体:由两个横截面为三角形的钢柱所组成的复式元胞按三角点阵的形式排列在空气中,等效地形成了一个蜂巢点阵结构.当三角形钢柱的取向与三角点阵的高对称方向一致时,整个体系具有C6v对称性.研究发现:在保持钢柱填充率不变的条件下,只需要将所有三角柱绕着自己的中心旋转180°,就可实现二重简并的p态和d态在布里渊区中心Γ点处的频率反转,且该能带反转过程实质上是一个拓扑相变过程.通过利用Γ点的p态和d态的空间旋转对称性,构造了一个赝时反演对称性,并在声学系统中实现了类似于电子系统中量子自旋霍尔效应的赝自旋态.随后通过k.p微扰法导出了Γ点附近的有效哈密顿量,并分别计算了拓扑平庸和非平庸系统的自旋陈数,揭示了能带反转和拓扑相变的内在联系.最后通过数值模拟演示了受到拓扑不变量保护的声波边界态的单向传输行为和对缺陷的背向散射抑制.文中所研究的声波体系,尽管材料普通常见,但其拓扑带隙的相对宽度超过21％,比己报道的类似体系的带隙都要宽,且工作原理涵盖从次声波到超声波的很大频率范围,从而在实际应用上具有较大的优势和潜力.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	王健	华南理工大学物理与光电学院	50	416	13.0	17.0
2	梅军	华南理工大学物理与光电学院	2	4	1.0	2.0
3	吴世巧	华南理工大学物理与光电学院	1	0	0.0	0.0