基于二维颗粒晶体的主动声学开关

我们采用数值模拟研究由二维（2D）颗粒晶体构成的类晶体管主动开关，其中包含两种尺寸相同但质量不同的颗粒。我们调节颗粒的质量对比与排布，以最大化器件中频率带隙的宽度。输入信号施加于器件一侧的单个颗粒，输出信号从器件另一侧的另一颗粒测得。改变一个或多个颗粒的尺寸可调节压力，从而控制器件的振动响应。在导通与关断状态间的切换通过两种机制实现：1）压力诱导切换，其中导通与关断状态下颗粒间接触网络相同；2）通过接触断裂切换。一般而言，以增益比与导通/关断切换时间刻画的声学开关性能，在压力诱导切换下更优。我们表明，在这些声学开关中导通与关断状态的增益比可大于 $10^4$，且切换时间（乘以驱动频率）与近期声子晶体所得结果相当，并小于光子类晶体管开关的相应值。由于不同质量颗粒自组装为二维颗粒晶体颇具挑战，我们描述了带对称分布于周界的小圆凸起的圆形颗粒与无凸起圆形颗粒混合的模拟。利用伞形采样技术，我们表明具 $3$ 个凸起的颗粒器件最有效地形成产生最大带隙的六方晶体。