拓撲聲學研究起源于利用聲學人工結構實現凝聚態物理中復雜拓撲物理機制的過程。此后，拓撲聲學為實現聲場的定向調控提供了前景可觀的新思路。然而，已有的研究大多基于凝聚態物理中貝里曲率的概念分析體系的拓撲性質，該方法已不再適用于具有各種復雜晶體對稱性的聲學拓撲結構。此外，聲波作為經典波缺少限制拓撲態頻率的對稱性，導致大量的聲學拓撲態湮滅在體連續譜中，從而無法被實驗觀測和調控利用。

　　為了解決以上問題，中科院聲學所噪聲與振動重點實驗室的博士研究生張鵬及其導師楊軍研究員、賈晗研究員與武漢大學劉正猷教授、華南理工大學陸久陽副教授合作，首次在聲子晶體中構造了聲學萬尼爾構型，并觀測到了分數化的聲學譜電荷分布，從而為判斷聲學人工晶體的拓撲性質提供了一種內稟的判據。相關研究成果發表于國際學術期刊Science Bulletin（IF = 20.577）。

　　研究人員在構建的聲子晶體中測得了表現為分數化譜電荷的拓撲角模式反常，這種模式反常可以作為一種易于觀測的實空間拓撲指標對湮滅在體態中的拓撲角模式進行先驗判別。在此基礎上，通過將不同的萬尼爾構型按照多種方式進行組合，研究人員將原本湮沒在體連續譜中的角模式調制至帶隙中。在組合后的聲子晶體中，平庸相和非平庸相結構均可以作為包覆層，為在帶隙中構造和調控拓撲角模式提供了一種新思路。

　　這種模型有望應用于設計高品質因子的聲學諧振腔、聲學俘能器等功能器件。相關研究思路也可被推廣到彈性波、聲表面波等其他經典波系統中。

　　該研究得到了廣東省重點領域研究開發項目(No.2020B010190002)、國家自然科學基金(No.11890701, No.11874383, No.12104480, No.11974005)、中科院聲學所前沿探索項目(No.QYTS202110)的資助。

　　圖1 在聲子晶體中實現處于不同拓撲相的萬尼爾構型（圖/中科院聲學所）

　　圖2 不同的萬尼爾構型組合誘導得到的拓撲角模式（圖/中科院聲學所）

　　關鍵詞：

　　拓撲聲子晶體 萬尼爾構型 聲學分數“電荷” 拓撲角模式

　　參考文獻：

　　ZHANG Peng, JIA Han, LU jiuyang, YANG Xinghang, WANG Suhao, YANG Yuzhen, LIU Zhengyou, YANG Jun. Observations of acoustic wannier configurations revealing topological corner anomaly. Science Bulletin, Volume 68, Issue 7, Pages 679-683. DOI: 10.1016/j.scib.2023.03.015.

　　論文鏈接：

　　https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.03.015