声子晶体中二阶拓扑绝缘体的观测

具有独特无能隙边缘态的拓扑绝缘体革新了对固体材料电子性质的理解。这些无能隙边缘态由体能带的广义Berry相量子化所对应的拓扑不变量通过体-边对应关系所决定，这一范式也可推广至声学与光子学系统。近来，高阶拓扑绝缘体（HOTIs）被提出并观测到，其体拓扑不变量导致有隙边缘态和带隙内角态或铰链态，超越了传统的体-边对应关系。然而，现有关于HOTIs的研究局限于紧束缚模型，无法描述由多重Bragg散射引起的传统声子/光子晶体的能带。在此，我们报道了在二维（2D）声子晶体（SCs）中超越紧束缚图像的声学二阶拓扑绝缘体（SOTI）的理论预测与实验观测。我们观测到有隙边缘态和简并的带隙内角态，体现了维度层级中的体-边对应关系。此外，通过调节每个原胞中元原子的角度，可实现体与边缘态中的拓扑相变，导致体、边缘和角态之间的多种转换。声学SOTIs的涌现性质为鲁棒局域声学模式的拓扑设计以及声能在2D、1D和0D模式间的拓扑传输开辟了新途径。