三维弹性介质中螺旋高阶拓扑绝缘体的高效设计
应用物理
2023-06-14 v1
摘要
拓扑材料(TMs)以其拓扑保护特性而著称。声子系统的优势在于在宏观尺度上直接观测和工程化拓扑现象。然而,对于连续介质中三维 TMs 的逆设计,对拓扑性质进行分类、应对计算复杂性以及在无限参数空间中搜索解极为困难。本工作提出了一种结合对称指示符(SI)方法与可移动可变形组件(MMC)方法的三维力学高阶拓扑绝缘体(HOTIs)系统化设计框架。三维单元胞由 MMC 方法描述,仅含数十个设计变量。通过评估三维力学系统中固有的奇异性性质,弹性波的经典拓扑不变量公式被相应修正。随后,通过约束相应拓扑不变量并最大化带隙宽度,提出了一种设计具有角态和螺旋能流的螺旋多极拓扑绝缘体(MTIs)的数学公式。利用该方法获得了不同对称性的力学螺旋 HOTIs,并通过全波模拟验证。该设计范式可进一步扩展至不同对称类、空间群及不同物理系统中的三维 TMs 设计。
引用
@article{arxiv.2301.03308,
title = {Efficient Design of Helical Higher-Order Topological Insulators in 3D Elastic Medium},
author = {Jiachen Luo and Zongliang Du and Hui Chen and Xianggui Ding and Chang Liu and Weisheng Zhang and Xu Guo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.03308},
year = {2023}
}