近日，鄭州大學(xué)物理學(xué)院、中原之光實(shí)驗(yàn)室陳剛教授團(tuán)隊(duì)在片上彈性波操控方向取得重要進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了片上彈性波的多維度操作，為聲波導(dǎo)的設(shè)計(jì)提供了一種新的策略。

基于可集成平臺(tái)操縱彈性波在射頻通信、微流體、傳感、超導(dǎo)電路和量子信息等多個(gè)領(lǐng)域具有重要意義和價(jià)值。拓?fù)渎曌泳w的出現(xiàn)更是為操控彈性波開(kāi)辟了新途徑，其非平庸的拓?fù)涮匦源_保了彈性邊緣態(tài)或界面態(tài)的存在，并且具有不受缺陷影響的魯棒傳輸能力。例如，在二維氮化鋁薄膜中設(shè)計(jì)拓?fù)浼{米機(jī)電超材料實(shí)現(xiàn)單向波導(dǎo)和緊湊的延遲線，用于高頻信號(hào)的處理。在半無(wú)限鈮酸鋰基底上制造聲子晶體，建立具有高質(zhì)量因子的強(qiáng)耦合機(jī)械諧振器，并實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的拓?fù)涔孺i定聲表面波操控。然而，片上彈性波的操控目前僅限于低維系統(tǒng)，當(dāng)上升到三維系統(tǒng)后，樣品制作和實(shí)驗(yàn)測(cè)量面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

研究團(tuán)隊(duì)基于合成維度的方法，設(shè)計(jì)了一種二維硅基片上聲子晶體，利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)造（2+1）維片上外爾系統(tǒng)，觀測(cè)到了彈性波手性朗道能級(jí)和新奇的體傳輸現(xiàn)象。該工作通過(guò)控制散射體的幾何轉(zhuǎn)角來(lái)實(shí)現(xiàn)合成外爾系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上引入梯度質(zhì)量項(xiàng)，構(gòu)造一個(gè)平面內(nèi)的贗磁場(chǎng)，誘導(dǎo)產(chǎn)生手性朗道能級(jí)。利用微加工技術(shù)在SOI晶圓上制備了聲子晶體樣品，通過(guò)激光測(cè)振的方法觀測(cè)到第零朗道能級(jí)的色散關(guān)系和位移場(chǎng)分布。最后，利用合成參數(shù)構(gòu)造異質(zhì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)靈活的波束操控。這種通過(guò)面內(nèi)贗磁場(chǎng)誘導(dǎo)產(chǎn)生的手性體通道，為體波的傳輸提供了全新的操控方法，有望用于聲波導(dǎo)器件的設(shè)計(jì)。

相關(guān)研究成果以“On-chip elastic wave manipulations based on synthetic dimension”為題發(fā)表在物理學(xué)頂級(jí)期刊《Physical Review Letters》上。論文第一作者為訪問(wèn)博士生崔振興，通訊作者為物理學(xué)院嚴(yán)謀老師和陳剛教授，鄭州大學(xué)為論文第一單位。該研究得到科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、河南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。

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https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.256602

合成外爾聲子晶體中的手性朗道能級(jí)和體波操控