声子晶体中多频带谷选择性角态 郑周甫.pdf

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其本征模态压力场分布(如图7(c)所示),边界态频率分布范围与超元胞S2中边界态能带频率范围相一致,尽管高频体带隙频率范围中存在一图7(a)三角形结构II示意图及元胞UC2区域放大图;(b)个边界带隙,但是在该频率范围并没有形成角态,这结构II的基频和高频特征谱;(c)结构II在基频和高频处边界表明边界带隙的存在并不一定保证角态出现,角态的态的压力场分布存在与否取决于元胞的高阶拓扑特性[29].基于这种三Figure7(a)SchematicdiagramoftriangularstructureIIandtheenlargedviewoftheUC2domain;(b)theeigenspectraofstructureIIat角形结构,可以设计得到多频带波导传输器件和角态fundamentalandhighfrequencyregime;(c)pressurefielddistributionsoftheedgestatesofstructureIIatfundamentalandhighfrequency选择性激发器件,,,因此结模式,,,,,融合谷自由度的多频带高阶拓扑绝缘体,进一步设计无论是基频还是高频体带隙内,边界态频率范围均几包含不同拐角类型的结构,,(a),其处于两种不同zigzag平行四边形结构,结构中间部分为元胞UC2,其组成边界模式的交界处,将主要受到超元胞S2的边界态影边长为5个元胞长度的平行四边形区域,区域包围三响而处于波导状态,(b)和(c)所示,在该结构中存在锐角A/B和钝角C/(浅橙色区域),既可以发现基于前文分析,在拐角A上,其Wannier中心分布位于拐角A的角态(红色箭头标记处),也可以发现边界6中国科学:技术科学图8(a)平行四边形结构示意图及元胞UC2区域放大图;(b),(c)该结构的基频和高频特征谱,其中浅橙色区域为超元胞S1的边界带隙区域,红色箭头处为角态频率点;(d),(e)该结构在基频边界带隙和高频边界带隙内的角态、边界态的压力场分布Figure8(a)SchematicdiagramoftheparallelogramstructureandtheenlargedviewoftheUC2domain.(b),(c)Theeigenspectraofthestructureatfundamentalandhighfrequencyregime,wherethelightorangeregionistheedgebandgapofsupercellS1,andtheredarrowspointtothecornerstates;(d),(e)thepressurefielddistributionsofthecornerandedgestatesofthestructurewithinthefundamentalandhighfrequencyedgebandgaps,,即边界态和角态几乎同频出现,但是波局域效果和保护,,(d)和(e)所示,其中角态的能量局域在拐角A处,并且的三角形结构I,引入了两种不同的扰动:%和散射体额外旋转5°.以往的研究表明[21],当扰动主要局域在靠近拐角B的边界上,表明这些模态是由施加到结构的拐角处时,尽管角态不会发生畸变,但是拐角B附近的zigzag边界贡献的,而与剩余的两条边界将出现较大的频率偏移;,在该本征态中,并没发现能量局域于拐角时,,C/,本文直接将扰动对于该结构,调整散射体的旋转角度可以选择性施加到拐角处的元胞上进行角态的鲁棒性分析,如图地实现拐角A和B处角态交替激发,例如将图8(a)所示9(a)和(b)所示,°,将使得拐角B可以激发角施加扰动后,计算本征谱如图9(c)和(d).可以看出,态而拐角A处不能,但是不管如何调整,拐角C/D中将在所有拐角处元胞被施加扰动的情况下,,尽管它们的激发频率稍微地偏性,旋转所有散射体60°以后的结构等价于现有结构旋离了原来的本征频率位置,但是结合本征模态可以发转180°,因此其本征谱将不变,只是对应的本征模态压现,所激发的角态对波的约束能力没有发生根本性转力场分布也进行相应旋转,,对于将散射体放大10%的扰动,%,%;对于将散射体额外旋转5°的扰动,%,%.在结构缺陷扰动下,7郑周甫等:声子晶体中多频带谷选择性角态高频处角态频率偏移量比基频处高,,整体而言,这种偏差很小且角态的波调控特性没有发生畸变,,并从理论上、°时,,,可以分析其能带曲线得到边界态和角态存在的频率范围,以及体带隙、边界带隙和边界态、,例如可以通过构造平行四边形结构,(绿色框内)施加散射体放由于角态的出现与谷自由度密切关联,可以通过大10%扰动(a)和散射体额外旋转5°扰动(b).(c),(d),对直接施加到Figure9IntriangularstructureI,a10%amplificationdisturbance(a)andanadditional5°rotationdisturbance(b)(theunitcellswithinthegreenboxes).(c),(d)TheeigenspectraofthestructureIwithinthefundamentalandsecond-,MovchanA,PéturssonG,,2007,9:3992WangY,ZhaoH,YangH,,2022,171:1089113WangY,ZhaoH,YangH,,2021,54:2653014ChenY,ZhaoB,LiuX,,2020,40:1009165DongHW,ZhaoSD,OudichM,,2022,17:440136ZhuJ,ChristensenJ,JungJ,-structuredmetamaterialforacousticdeep-,2011,7:52–557LiuT,ChenF,LiangS,-enabledspoofsurfaceacousticwave8中国科学:,2019,11:340618YongX,WenJH,