束缚于机械超材料位错中的拓扑模式

机械超材料是具有非凡特性的人造结构，例如负泊松比、双稳态或可调谐的振动特性，这些特性源于其单胞的几何结构。此类非凡行为的核心通常是一种软模式：一种不会显著拉伸或压缩构成元素之间连接的运动。当由电机或外场激活时，软模式成为机器人和智能材料的构建模块。在此，我们证明了拓扑软模式的存在，这些模式可以被定位在超材料中的期望位置，同时对广泛的结构变形或材料参数变化具有鲁棒性。这些受保护的模式局域在位错处，是电子系统中束缚于缺陷的拓扑态的力学类比。我们在由刚性三角形板构建的 kagome 晶格原型中创造了这些拓扑模式的物理实现。我们从数学上证明了它们源于两个 Berry 相之间的相互作用：位错的 Burgers 矢量和晶格的拓扑极化。我们的工作为设计用于分子机器人或信息存储与读出的拓扑保护纳米机械结构铺平了道路。