低频多频带弹性波调控的多模态三维拓扑超材料的揭示与实验实现

拓扑超材料在机械结构中实现了受限且鲁棒的弹性波调控。近期的突破推动了三维拓扑力学超材料的发展，其超越了传统的一维和二维超材料，可在二维平面和层依赖的弹性波导中实现非凡的波操控。尽管前景广阔，仍存在显著的研究空白阻碍三维拓扑超材料的实际应用。迄今为止所研究的三维拓扑超材料被限制于单一频带内工作，且通常处于高频 regime，全面的实验研究尚付阙如。本文通过综合并实验实现一种利用多模态局域共振以实现在多个不同频带上的低频弹性波调控的三维拓扑超材料，解决了这些研究空白并推进了技术水平。所提出的超材料在几何上被构型以产生多模态局域共振器，其频率特性决定了四种独特低频拓扑态的出现。数值模拟揭示了这些拓扑态如何被用于实现三维结构中极化、频率和层依赖的波操控。一项实验研究获得了完整的波场，明确展示了物理试验台中的二维拓扑波导和多极化波调控。本工作的成果为未来三维拓扑力学超材料的研究打开了大门，并揭示了所提出超材料在各种波调控应用中的适用性。