胡军容 孔鹏† 毕仁贵 邓科‡ 赵鹤平2)

1) (吉首大学物理系,吉首 416000)

2) (湖南财政经济学院,长沙 410205)

高阶拓扑绝缘体是近年来发现的一类具有特殊拓扑相的新型拓扑绝缘体,目前已在光学、声学等多种经典波系统中实现.本文采用数值模拟方法研究了一种二维声学蜂窝结构,通过调节胞内和胞间耦合波导管,使体能带发生反转诱导拓扑相变,进而利用拓扑相构建出声学二阶拓扑绝缘体.蜂窝结构的拓扑性质可以用量子化的四极矩 Qij表征,当 Qij=0时,系统是平庸的;而当 Qij=1/2 时,系统是拓扑的.基于该蜂窝结构,分别研究了六边形和三角形结构的声学高阶态,在两种构型的蜂窝结构中均观测到了孤立的零维角态,研究结果表明只有存在钝角的六边形结构对缺陷具有鲁棒性,受拓扑保护.本文的拓扑角态丰富了高阶拓扑绝缘体的研究,同时可为紧凑声学系统中的鲁棒限制声提供一条新途径.

1 引言

拓扑绝缘体的特性是体内绝缘,但其边界上存在传播或局域的边界态.这种边界态受体拓扑的保护,具有抗无序、抑制背向散射等特性,在信号的无损传输方面有潜在的应用价值,因此受到了研究者的广泛关注[1-5].根据不同的体-边对应,可以将拓扑绝缘体分为传统拓扑绝缘体和高阶拓扑绝缘体.传统拓扑绝缘体又称为一阶拓扑绝缘体,其具有比体结构低一个维度的边界态,即d维结构具有(d-1)维无能隙的边界态;高阶拓扑绝缘体主要包括二阶和三阶……