近日，鄭州大學物理學院、中原之光實驗室陳剛教授團隊在片上彈性波操控方向取得重要進展，實現(xiàn)了片上彈性波的多維度操作，為聲波導的設計提供了一種新的策略。

基于可集成平臺操縱彈性波在射頻通信、微流體、傳感、超導電路和量子信息等多個領域具有重要意義和價值。拓撲聲子晶體的出現(xiàn)更是為操控彈性波開辟了新途徑，其非平庸的拓撲特性確保了彈性邊緣態(tài)或界面態(tài)的存在，并且具有不受缺陷影響的魯棒傳輸能力。例如，在二維氮化鋁薄膜中設計拓撲納米機電超材料實現(xiàn)單向波導和緊湊的延遲線，用于高頻信號的處理。在半無限鈮酸鋰基底上制造聲子晶體，建立具有高質(zhì)量因子的強耦合機械諧振器，并實現(xiàn)可擴展的拓撲谷鎖定聲表面波操控。然而，片上彈性波的操控目前僅限于低維系統(tǒng)，當上升到三維系統(tǒng)后，樣品制作和實驗測量面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

研究團隊基于合成維度的方法，設計了一種二維硅基片上聲子晶體，利用系統(tǒng)結構參數(shù)構造（2+1）維片上外爾系統(tǒng)，觀測到了彈性波手性朗道能級和新奇的體傳輸現(xiàn)象。該工作通過控制散射體的幾何轉(zhuǎn)角來實現(xiàn)合成外爾系統(tǒng)，在此基礎上引入梯度質(zhì)量項，構造一個平面內(nèi)的贗磁場，誘導產(chǎn)生手性朗道能級。利用微加工技術在SOI晶圓上制備了聲子晶體樣品，通過激光測振的方法觀測到第零朗道能級的色散關系和位移場分布。最后，利用合成參數(shù)構造異質(zhì)結構，實現(xiàn)靈活的波束操控。這種通過面內(nèi)贗磁場誘導產(chǎn)生的手性體通道，為體波的傳輸提供了全新的操控方法，有望用于聲波導器件的設計。

相關研究成果以“On-chip elastic wave manipulations based on synthetic dimension”為題發(fā)表在物理學頂級期刊《Physical Review Letters》上。論文第一作者為訪問博士生崔振興，通訊作者為物理學院嚴謀老師和陳剛教授，鄭州大學為論文第一單位。該研究得到科技部國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金項目、河南省自然科學基金項目的資助。

文章鏈接:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.256602

合成外爾聲子晶體中的手性朗道能級和體波操控