【摘 要】
:
声子晶体的出现为人为地操控弹性介质及结构中弹性波的传播提供了崭新的道路。其中,由声子晶体发展而来的声子拓扑绝缘体,由于其展现出的超常波动特性,受到了研究人员的广泛关注。研究人员在声子拓扑绝缘体中实现了拓扑边缘态、拓扑表面态以及高阶拓扑角态等众多不同维度的拓扑态。另一方面,随着对拓扑缺陷研究的深入,研究人员将拓扑缺陷引入光子晶体中,通过拓扑缺陷相继实现了一系列拓扑态,如拓扑界面态、拓扑局域态等,为拓
【基金项目】
:
国家自然科学基金面上项目“弹性声子晶体板多维度深亚波长拓扑波动特性研究”
论文部分内容阅读
声子晶体的出现为人为地操控弹性介质及结构中弹性波的传播提供了崭新的道路。其中,由声子晶体发展而来的声子拓扑绝缘体,由于其展现出的超常波动特性,受到了研究人员的广泛关注。研究人员在声子拓扑绝缘体中实现了拓扑边缘态、拓扑表面态以及高阶拓扑角态等众多不同维度的拓扑态。另一方面,随着对拓扑缺陷研究的深入,研究人员将拓扑缺陷引入光子晶体中,通过拓扑缺陷相继实现了一系列拓扑态,如拓扑界面态、拓扑局域态等,为拓扑绝缘体的设计增添了一个新的维度。相比于光学和声学领域,由于弹性波多种振动模式的耦合,使得它的波散射现象比较复杂,因此关于弹性声子晶体的研究相对而言较为滞后。本文将进行弹性波拓扑波动性质的多维度研究,在同一个弹性声子晶体板系统中实现拓扑边缘态、拓扑表面态和高阶拓扑角态三种不同维度的拓扑态。同时,结合拓扑缺陷,实现基于拓扑缺陷的拓扑界面态和拓扑局域态。这在弹性波调控和能量回收等领域具有潜在应用场景。论文主要包括以下内容:(1)在同一种蜂窝晶格声子晶体双层板中实现一维边缘态和二维表面态。首先,通过改变单胞中柱子的粗细,观察到了狄拉克点打开—闭合—打开的过程,实现了能带反转。在由γ=0.2和γ=-0.2的单胞组成的超胞能带中,观察到了在带隙中出现的边缘能带。通过这两种单胞分别构造直线型和zigzag型拓扑界面,实现了弹性波的拓扑边缘传播。接着,将这个双层弹性板沿着z方向堆叠,得到了三维的手性外尔声子晶体系统。当kz≠0时,单胞能带中的外尔点打开,形成了拓扑带隙。并且当kz≠0时,在超胞的能带中也观察到了带隙和在带隙中出现的边缘能带,这个边缘能带在三维结构中就表现为拓扑表面态。最后,在这个三维结构中,通过两个相位差为90度的激励源激励,观察到了受拓扑保护的无间隙二维表面态。(2)利用上述蜂窝晶格声子晶体板,实现高阶拓扑角态。计算由三个原始单胞组成的复合胞能带结构,在其布里渊区的中心点处观察到了一个双狄拉克点。通过改变胞内耦合与胞间耦合的强度比,得到了由收缩复合胞组成的拓扑非平庸结构和由膨胀复合胞组成的平庸结构。其中,在收缩复合胞的能带中,布里渊区中心处的双狄拉克打开,产生了拓扑相变。利用这个收缩复合胞构造出超胞,在其能带的带隙中观察到了有间隙的边缘能带,这个边缘能带即表现为二维弹性板的角态。最后,利用这个收缩的复合胞构造菱形结构,观察到了高阶拓扑角态的出现。(3)将拓扑缺陷引入声子晶体弹性板,实现基于拓扑缺陷的谷界面态。将旋错缺陷引入谷极化的蜂窝晶格声子晶体弹性板中,六边形板变为了带有负拓扑荷的五边形板和带有正拓扑荷的七边形板。与以往从动量空间的能带结构中得来的拓扑荷不同,这种拓扑荷是从实空间中得到的。由于在这五边形弹性板的界面处发生了谷极化拓扑相变,因此就得到了基于旋错缺陷的声子晶体弹性板波导。引入位错缺陷,将五边形板与七边形板连接,就得到了基于位错缺陷的声子晶体弹性板波导。进一步通过制造结构的缺陷,验证了弹性波在这种波导中传播的鲁棒性。(4)基于旋错缺陷,实现弹性声子晶体板局域态。将旋错缺陷引入蜂窝晶格弹性声子晶体板。由于旋错缺陷的存在,原本六边形的结构变成了具有五边形中心孔的五边形板。在由缩小复合胞构成的五边形板中,五边形中心具有分数电荷,因此它对应拓扑态;而由膨胀复合胞构成的五边形板为平庸态。通过模态分析,在拓扑五边形板中观察到了五个局域态,弹性波能量高度集中于五边形中心孔的边界处,并且这种局域态是稳定的,对缺陷免疫的。本文对声子晶体弹性板的拓扑态进行了较为系统性的研究。首先,在同一种弹性声子晶体板中,实现了弹性波在结构内部传播、表面传播、边缘传播和角点聚焦四种不同维度的传播方式。其次,首次实现了基于拓扑缺陷的弹性板拓扑界面态。最后,首次在弹性波领域观察到了体—旋错对应关系和拓扑局域态。
其他文献
故障限流与故障开断,作为故障保护技术中最为重要的两部分,是柔性直流输电系统向大容量、高电压飞速发展的基石。目前,故障保护技术的发展相较于电压等级的提升速率,其趋势有所落后,故暂态运行状态下的柔性直流输电系统存在着运行可靠性差的问题。对此,本文在对现有的故障限流与开断方式进行分类总结的基础上,参照不同评判标准,选取了适用于当前柔性直流输电工程的故障限流与开断方式,即:电阻型超导限流器限流及直流断路器
潇贺古道是连接我国中原地区与岭南地区的大通道,由东、西两条主要线路和之间许多岔道组合而成的水陆综合交通网络,联系着湘南与桂东北地区。潇贺古道始于秦,各个朝代不断完善,成熟于明清,对军事政治、文化交流、人口迁徙、商贸往来起着极为重要的作用,是一条有着深厚文化底蕴的文化线路。潇贺古道范围较广,其西线沿线的古村落较多,民居保存较好,研究价值高。本文以西线陆路部分作为研究范围,以民居建筑的基本型制及其特征
宋代,“好讼”之风渐起,民事诉讼数量繁多、种类多样有其特殊的社会原因。宋代经济发展,民事生活更加复杂多样,有更多产生民事纠纷的可能。同时,宋代市民社会形成,民众权利意识觉醒,更偏好以诉讼的方式解决民事纠纷。因此,宋代的民事诉讼数量出现明显增加。在社会原因上,官吏分离,吏成为独立的阶层,吏员群体在生存压力下的权力寻租,以及民间讼师群体的教唆诉讼,也使民事诉讼增加。宋代士大夫官僚在民事诉讼观上体现出一
资产证券化作为企业的新型融资工具,具有盘活企业资产,优化企业资本结构,提高企业盈利水平的优势。应收账款证券化作为资产证券化中的一种,不仅可以提高应收账款的变现能力,更具有降低企业应收账款管理成本的优势,因此越来越多的企业选择这种工具进行融资。近年来,随着“两票制”、“三医联动”等医改政策的落实,医药流通行业信用水平分化将加剧,强者愈强、弱者愈弱的局面将形成;在此趋势下,KY公司作为医药流通企业的一
目标跟踪是计算机视觉领域的基础任务之一,其通常的设定是:在视频第一帧给出感兴趣目标的大小和位置,要求评估后续帧中目标的大小和位置。由于没有对目标及其所处环境做任何限制,研发目标跟踪算法充满挑战。近年来深度学习技术的发展为研发目标跟踪算法提供了新思路,其中以孪生网络为基础的跟踪方法深受研究者的青睐。然而原始的全卷积孪生网络跟踪器存在几点不足之处:其一,仅以第一帧目标图像作为模板,难以表示目标的外观变
“恶意串通”规范虽为舶来品,但历经数十载,其已然发展成了一个极具我国特色的民法规则。本文旨在于系统回顾我国恶意串通规则的立法流变的基础之上,探清《民法总则》中的“恶意串通”规范的妥当含义,进而分析典型场景中“恶意串通”的构成要件、法律效果和认定规则。本文除引言与结语部分外,分为三部分。第一部分为“恶意串通”的民法定位。该部分首先梳理了恶意串通规则在我国立法史上的发展脉络,从而得知在《民法通则》施行
随着电子产品的普及,废弃锂离子电池数量也愈发庞大。废弃锂离子电池具有很高的回收价值,但若处理不当也将带来重大的环境污染问题。传统的废弃锂电池组回收方法在不同程度上具有回收效率低、不经济、易带来二次污染等问题。近年来,超临界水回收技术被认为是一种处置电子废弃物的良好方法,具有绿色高效的优点。本文以国家自然科学基金项目[52076071]“超临界水中废旧锂电子正极金属材料溶解特性及其热-反应协同优化研
随着人民物质生活水平的不断改善,汽车已经成为大众消费品进入寻常百姓家庭,数量庞大的机动车给人民带来便捷生活的同时也给交通秩序带来了极大的压力,交通事故造成的人员伤亡和经济损失居高不下。因此智能驾驶系统一直以来都是相关研究者和政府决策者重点关注的领域。交通标志识别涉及种类繁多的交通信息,能够为驾驶员以及车载电脑的驾驶决策和规划提供关键依据,准确实时的交通标志识别是驾驶安全的重要保障。为了实现在各种日
汽车轻量化对于解决未来汽车行业的能源短缺以及环境污染问题尤为重要。实现汽车轻量化有结构轻量化和材料轻量化两个途径。材料轻量化通过引入铝、镁及其合金等轻质材料替代传统钢材,而这必然会涉及到异种材料连接技术的问题。磁脉冲焊接作为一种高效、环保的连接技术,在汽车行业有着广阔的应用前景。焊接线圈作为磁脉冲焊接系统放电电流的载体,其结构会直接影响电磁力的大小,是磁脉冲设备的关键部件之一。但磁脉冲焊接过程涉及
硫氰酸酯(RSCN)是一类含有硫氰基官能团的重要氮硫化合物。这类化合物具有良好的抗抑制酶活性、抗杀虫活性、抗微生物和抗增殖活性,广泛地应用药物、天然产物当中。硫氰基是一个具有双反应位点的官能团,可以通过简单的转化得到硫醇、硫醚、含硫的杂环化合物、二硫化合物、硫代磷酸酯化合物,在合成化学中具有广阔的应用前景。传统构建碳硫键的方法主要有以下两种:(1)使用烷基或芳基取代的底物与硫氰化试剂反应来合成硫氰