面向需求优化的拓扑态晶格材料

物质的拓扑态——最初发现于量子系统中——为波的操控开辟了超越量子领域的新途径。在弹性介质中，实现这些拓扑效应需要识别支持相应拓扑带的晶格。然而，在广泛预测的拓扑态中，仅有一小部分已被物理实现。为弥合这一差距，我们提出了一种能够系统且高效地发现具有任何所需拓扑态的变形材料的新策略。我们的做法基于拓扑量子化学(TQC)，该方法通过分析在选定波矢处的对称性属性来系统分类拓扑态。由于该方法将拓扑特征浓缩为少数波矢处的数学信息，因此为拓扑优化算法编码了清晰且计算高效的目标。对于某些晶格对称性，此分类可进一步简化为声子能带结构中直观的形态特征。通过将这些带态形态约束纳入拓扑优化算法，并进一步制造所获得的设计，我们实现了针对特定拓扑性质的变形材料的自动发现和物理实现。该方法构立了一种新的范式，用于按需工程化拓扑弹性晶格，解决了材料实现的瓶颈，为拓扑变形材料配置的全面数据库铺平了道路。