三维拓扑超材料中沿环路的软度与应力局域化

拓扑态可用于控制材料沿边缘或围绕局域缺陷的力学性质。弹性网络的表面刚性由一个称为极化的体拓扑不变量来表征；具有明确定义均匀极化的材料，根据极化相对于终止表面的取向，展现出显著差异的边缘软度。然而，在迄今提出的所有三维力学超材料中，拓扑边缘模式均与体软模式及所谓的 Weyl 环混合在一起。本文报告了一种带隙三维拓扑超材料的设计，该超材料具有均匀极化，在相对表面上表现出软模式数量的不对称性，且不存在体软模式。随后，通过引入三维独有的缺陷结构——位错环，利用该构造将拓扑软模式局域化在材料内部区域。我们推导了一个一般公式，将局域于位错环上的软模式数与自应力态数量之差，与由晶格极化、Burgers 矢量和位错线方向构成的矢量三元组的旋向联系起来。我们的发现提出了一种在三维中沿直线预编程失效与软度的新策略，同时避免了与 Weyl 环相关的扩展周期失效模式。