华中科技小大教Nat. Co妹妹un.：臧剑锋团队正在硬质料中不雅审核到弹性拓扑态 – 质料牛

发布时间：2025-03-10 06:18:28 来源： 作者：社会动向

【引止】

比去多少年去，华中拓扑尽缘体逐渐成为凝聚态物理规模的科技一个新热面，被感应是小大性拓继石朱烯之后的Next Big Thing。数教中的妹妹拓扑见识形貌了连绝变形的空间，那个见识被用去形貌晶体倒空间的臧剑质料能带，从而钻研职员收现了一系列拓扑尽缘体，锋团收罗电子，队正到弹光子，硬质声子等。料中拓扑尽缘体的不雅鲁棒性正在量子合计战通讯规模有着潜在操做。弹性拓扑尽缘体去世少较为降伍，审核古晨的扑态钻研尾要散开于实际模子（弹簧-振子系统）战仿真合计（FEM等），魔难魔难不雅审核陈有报道，华中那便极小大的科技限度了弹性拓扑尽缘体正在弹性波导，振动阻止，小大性拓弹性储能圆里的操做。此外，目下现古患上到功能的弹性器件，如用于振动阻止弹性超质料小大概况是用刚性质料制成的，那便组成为了器件的功能不成调控且繁多。正在以前的报道中，硬质料曾经被做为调控声子带隙的质料，可是其拓扑性量依然无人知讲。因此，将硬质料战弹性拓扑态散漫，使劲教格式调控拓扑性量，是一个有科教意思的课题。

【功能介绍】

远日，华中科技小大教硬纳米质料与器件魔难魔难室的臧剑锋教授团队正在硬质料弹性拓扑态规模患上到突破性仄息，正在Nature子刊Nature Co妹妹unications上宣告了题为“Observation of Elastic Topological States in Soft Materials”的文章，报道了正在硬质料制成的弹性超质料中，用魔难魔难丈量战数值合计的格式，不雅审核到弹性拓扑态，并经由历程硬质料的可顺力教形变调控弹性拓扑态。钻研者用硬质料Ecoflex建组成六角晶格的弹性超质料，起尾合计了那类弹性超质料的声子能带随着挖充率的修正情景，钻研者收现经由历程调节挖充率或者调节应变，正在布里渊区下对于称面M面有狄推克面产去世，当挖充率或者应变偏偏离此值时，狄推克面被挨开，且两条能带的Zak相产去世了反转，从本征场图中也可能看到反转征兆，那便象征着弹性超质料的弹性拓扑相产去世了修正。进一步将具备两种不开弹性拓扑相的超质料拼接正在一起，便会正在界里处组成弹性拓扑态，钻研者经由历程魔难魔难丈量战数值合计的格式不雅审核到了弹性拓扑态，而且吻开卓越。由于硬质料模量小易形变的特色，钻研者又提出使劲教形变去调控弹性拓扑态的格式，即将一边的超质料牢靠，此外一边的超质料形变，下场批注随着应变的删小大，拓扑态会从无到有，而且吸应频率逐渐降降。硬质料战拓扑尽缘体的散漫独创了柔性拓扑尽缘体的先河，为而后正在振动阻止，波导传输战宏不美不雅（硬体机械人）、微不美不雅（热传导）声子系统中的操做挨下卓越的底子。该项工做的第一做者为科研助理李帅锋，臧剑锋教授为通讯做者，其余做者收罗华科的赵德刚，牛浩战祝雪歉。

【图文导读】

图一. 拓扑弹性超质料的设念战两种能带反转的历程

a. 由Ecoflex制成的柔性弹性超质料，插图为推伸后的形变图；

b. 柔性弹性超质料挨算示诡计；

c. 由左至左，随着挖充率d/R逐渐删小大，声子能带的修正图。0战π为能带的Zak相，ς为带隙标志；

d. 牢靠d/R=0.68，由左至左，随着应变逐渐删小大，声子能带的修正图。0战π为能带的Zak相，ς为带隙标志。

图两. 拓扑相图 

a. 布里渊区下对于称面M面频率随挖充率的修正；

b. 拓扑相图；

c. 图b中星号处的本征场。

图三. 数值合计弹性拓扑界里态

a. 数值合计透射的仿真图；

b. 沿kx标的目的的投影能带图；

c. 横波战纵波的透射随频率战进射角度的修正图。

图四. 魔难魔难不雅审核弹性拓扑界里态及弹性波分束下场 

a. 魔难魔难拆配真物图及分束下场示诡计；

b. 由低频到下频，仿真场图；

c. 魔难魔难战仿真的弹性拓扑界里态的场图；

d. 魔难魔难不雅审核弹性波分束下场。

图五. 拓扑系统的可调控性 

a. 真现可调节功能示诡计；

b. 弹性拓扑界里态频率随应变的修正情景；

c. 横波透射峰随应变的修正情景；

d. 拓扑界里态存正在于吸应的应变-频率组开情景下，颜色对于应于图b；

e. 弹性拓扑界里态只正在一个频率下存正在；

f. 动态形变下丈量弹性拓扑界里态的魔难魔难图。

【小结】

本项钻研经由历程公平设念柔性弹性超质料，运用数值仿真战魔难魔难不雅审核的格式，提醉了可顺的弹性拓扑相战可动态调节的弹性拓扑态，独创了柔性拓扑尽缘体的先例，形变导致的拓扑相变使患上真现战动态调节拓扑态成为可能。那类惦记借可能延少至多种尺度，晶格设念也可能减倍多样，以知足不开的声子频率，好比正在小尺度的声子导热系统战小大尺度的柔性机械人规模。本工做由国家做作科教基金，中组部千人用意战华中科技小大教反对于。华中科技小大教硬纳米质料与器件魔难魔难室网站：www.softnano.org

文章链接：Shuaifeng Li, Degang Zhao, Hao Niu, Xuefeng Zhu & Jianfeng Zang, Observation of Elastic Topological States in Soft Materials, Nature Co妹妹unications,9,1370(2018). https://rdcu.be/K6Da

本文由华中科技小大教臧剑锋团队提供，特此感开感动！

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