声子晶体中弹性波的谷拓扑输运研究

The phononic crystal is an effective approach to manipulate sound wave and elastic wave transport. Recently, the topologically protected edge transport in phononic crystal stimulates great enthusiasm for research on acoustic topological physics. The applicant before predicted the existence of the valley vortex states in acoustic crystals for the first time [PRL 116093 (2006) 901], and observed the topologically projected valley edge states in sonic crystals[Nature Physics (2016), doi: 10.1038 / nphys3999]. This research project aims at performing further research on the topological valley transport of elastic waves in phononic crystals, including the investigation of the bulk-edge correspondence of elastic topological valley state, and the studying the coupling of the valley state with the polarization degree of freedom. The applicant will construct effective Hamiltonian to guide the theoretical calculation and numerical simulation, and finally complete experimental verification of the topological protected valley edge state for elastic waves. This research project will contribute to the understanding of topological valley transport for elastic wave, and rich the understanding of the topological valley physics in classic wave systems.

声子晶体可以有效地调制声波和弹性波的输运行为。最近，声子晶体中受拓扑保护的边缘态激发了人们对于声拓扑物理的研究热情。申请人此前的工作首次在流体基体声子晶体中预测了声学谷态[PRL 116,093901(2006)]，并观测了受拓扑保护的声谷边缘态[NaturePhysics(2016), doi:10.1038/nphys3999]。本课题旨在进一步研究声子晶体中弹性波的谷拓扑输运行为，包括考察弹性波谷拓扑态的体边缘对应，研究弹性波极化自由度和谷态的耦合效应。申请人将构建有效哈密顿模型，指导理论计算和数值模拟，最终实验实现弹性波的谷拓扑边缘态。本项目的研究将有助于理解弹性波体系的谷拓扑输运行为，丰富对于经典波体系中谷拓扑物理的认识。

本项目旨在研究声子晶体中弹性波的谷拓扑输运行为。谷态作为新的自由度，可以增加对于声子晶体中弹性波的调控方式，得到无带隙的拓扑边缘传输。与流体基体中的声波不同，固体中弹性波的矢量极化可以和谷自由度耦合产生更为丰富的物理现象。固体声波尤其是声表面波具有更加广泛的应用的前景，已经应用于滤波器、延迟线等电子器件中。本项目将谷态概念与固体中的弹性波输运相结合具有重要的意义，可以丰富对于弹性波体系中拓扑物理的认识，加深对弹性波体系拓扑输运行为的理解，推动拓扑声学器件的发展和应用。.本项目的主要研究内容包括：（a）利用空间对称性破缺的方式在固体声子晶体中实现了弹性波的谷态，观察到了弹性波谷拓扑边缘输运和分流现象；（b）利用层间耦合实现了双层谷拓扑声子晶体，得到了丰富的相图，可以实现多种奇异声学传输行为，如层极化、层间振荡、层转化传输等。（c）实现了拓扑节环和节链声子晶体，实验证实了拓扑保护的鼓膜表面态。.在本项目的资助下，负责人共发表SCI论文11篇。负责人作为第一或共同第一作者在Nature Materials、Nature Communications、Physical Review Letters、Physical Review Applied上发表论文各1篇，作为共同通讯作者在Physical Review Letters、Physical Review B上发表论文各1篇。.本项目负责人多次参加学术会议，报告本项目支持下产生的最新成果。包括： 2018年6月在法国马赛举办的META2018大会，作邀请报告“Valley States and Valley Edge States in Phononic Crystals”；2018年9月在大连举办的中国物理学会秋季会议，并作报告“Topological states in Phononic Crystals”；2019年6月在意大利罗马举办的PIERS2019大会，并作两场邀请报告“Valley Topology in Phononic Crystals”和“Layer Polarization for Valley States in Bilayer Phononic Crystals”；2019年9月在郑州举办的中国物理学会秋季会议，并作报告“Weyl points and nodal rings in phonon

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