研究人员提出构建等效声学增益介质新机制 实现非厄米拓扑耳语回廊

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日期:2021-10-12 15:40:11    来源:《中国科学报》    

南京大学物理学院教授刘晓峻和程营课题组首次基于碳纳米管(CNT)薄膜的热声效应提出了一种构建等效声学增益介质的新机制,并实现了受拓扑保护的新型非厄米耳语回廊,获得了对不同手性声波回廊模式的精准调控和定向分离。相关研究成果近日发表于《自然》。

耳语回廊是1878年Rayleigh爵士在研究伦敦圣保罗大教堂时首次发现的经典声学现象。他发现人在拱廊一侧轻声说话时,声音经由教堂的穹顶,会清晰地传播到另一侧的墙壁。耳语回廊的物理原理可被用于捕获微弱的声信号,为微弱声信息的传输和探测创造条件。

拓扑边界态受到拓扑保护而对结构缺陷具有一定的鲁棒性,使得基于拓扑系统的耳语回廊在保密通信、传感技术等领域具有巨大应用前景。目前拓扑系统研究的理论框架主要建立于厄米体系,对非厄米体系拓扑物理的研究正处于探索阶段。那么,有没有可能在非厄米拓扑物理中发现更加新奇、独特的耳语回廊现象?

研究团队基于CNT薄膜的热声效应提出了一种构建等效声学增益介质的新机制,实验实现了受拓扑保护的非厄米耳语回廊结构,并通过调节实验参量将初基原胞内各单元相位锁定以调控系统的非厄米性,进而选择性地激发出具有不同旋转手性的回廊共振模式,最终将增强放大后的声波耦合输出为高指向性声束。

该工作将非厄米物理学和类拓扑绝缘体这两个当前重要的前沿领域相结合,开辟了等效声学增益介质的新途径,为基于经典声波体系研究非厄米拓扑物理中的新奇现象提供了新方向。相关技术方案有望推动非厄米拓扑声学的发展和应用,在声学和材料科学领域产生影响。(温才妃)

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