Phonon Interference and Thermal Conductance Reduction in Atomic-Scale Metamaterials
我们介绍和模型的三维（3D）原子尺度的声子超材料产生双路声子干涉反共振控制的热通量谱。我们表明，部分嵌入缺陷原子阵列的晶面可以完全反射声子的质量和相互作用力所规定的频率。我们强调的第二声子路径和相消干涉的总声子反射和热导减少的起源与Fano共振的概念相比，占主导地位的作用。平面内的随机缺陷分布和原子键的非谐性并不破坏反共振。反共振凹陷的宽度可以提供声子波包的相干长度的量度。所有的结论都被等效准一维晶格模型的分析研究和真实三维晶格的数值分子动力学模拟所证实。
2014-05-21 cond-mat.mes-hall
Nonreciprocal response theory of nonhermitian mechanical metamaterials: response phase transition from the skin effect of zero modes
非互易非厄米系统通过非厄米趋肤效应提供了一种非传统的拓扑零模局域化机制。虽然这种效应的基本理论表征涉及右和左本征模的双正交系统，但是最近对机器人超材料中零模的这种效应的证明（Ghatak等人，arXiv：1907.11619）是基于常规右特征向量的直接实验观察。在这里，我表明，这种非互易性的机械超材料揭示其潜在的双正交性的直接观察到的系统对外部激励的响应。应用到突破性的实验，这个非互易响应理论预测，零模式集肤效应沿着扩展阶段，系统是高度敏感的物理扰动，导致发散的响应在一个大系统的限制。
2019-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Topologically protected elastic waves in phononic metamaterials
量子物质的拓扑态表现出独特的无序免疫表面态，受到本体的非平凡拓扑不变量的保护。这种对背散射的免疫性使得拓扑表面或边缘状态成为经典和量子信息的理想载体。到目前为止，拓扑问题只在电子学和光子学领域进行了探索，具有有限的体积性质和基本上不可变的材料。因此，这些约束施加严重的性能权衡实验可实现的拓扑有序状态。相比之下，声子超材料不仅提供了更广泛的材料特性，而且还允许在非绝热状态下进行时间调制。在这里，从第一性原理，我们证明了第一个声子拓扑超材料在弹性波模拟的量子自旋霍尔效应。采用双尺度声子晶体板在宽带宽内支持声子的两个有效自旋，通过打破空间镜像对称性实现强自旋轨道耦合。通过保持与外部负载或空间对称性的自旋极化，声子边缘状态被证明是强大的，对散射从离散的缺陷，以及在连续的障碍。我们的系统开辟了实现声子在静态和时间依赖制度的拓扑材料的可能性。
2015-07-10 cond-mat.mes-hall
Examining the Impact of Asymmetry in Lattice-Based Mechanical Metamaterials
基于晶格的机械超材料可以通过修改底层介观结构来针对各种各样的应用进行定制。然而，大多数现有的晶格模式以对称性为出发点。我们发现，非对称晶格模式可以更有可能比对称晶格模式具有一定的机械性能。为了直接比较非对称与对称晶格布置的效果，定义了受约束的设计空间。生成设计过程用于在设计空间内生成对称和非对称晶格图案。不对称的晶格模式具有不同的超材料属性空间从对称的晶格模式。确定主要存在于不对称晶格模式中的关键设计特征。我们发现，不对称的晶格模式与这些功能（箭头和蜘蛛节点）更有可能引起更广泛的泊松比和更大的剪切刚度值，分别相比，晶格模式没有这些功能。此外，我们表明，对称性可以发挥作用，阻碍多个功能的影响时，存在。这项工作提供了见解的好处，使用非对称晶格模式在选择超材料设计应用。
2022-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-Newtonian Topological Mechanical Metamaterials Using Feedback Control
本文介绍了一种不受牛顿动力学约束的拓扑力学超材料的设计方法。机械晶格中的单位单元受到主动反馈力的作用，主动反馈力通过自主控制器进行处理，预编程以实时生成所需的局部响应。作为一个例子，我们专注于量子Halfton模型，这是一个两带系统的方向复杂的耦合项，违反牛顿第三定律。我们证明了所需的拓扑相位，其特征在于手性边缘模式，可以实现在一个类似的机械系统，只有闭环控制。然后，我们表明，我们的方法能够实现，第一次，在机械超材料中的Haldom模型的修改版本。这里，复值耦合以晶格的相对边缘上的模式在相同方向上传播的方式被极化，并且通过反向传播的扩散体模来平衡。所提出的方法是通用和灵活的，并可用于实现任意的晶格参数，如非局部或非线性耦合，时间相关的潜力，非厄米动力学，和更多，在一个单一的平台上。
2020-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Coupled metamaterial-phonon terahertz range polaritons in a topological insulator
本文通过TDTS实验展示BST拓扑绝缘体声子与LC超材料光子模式的强耦合，观测到声子极化激元及约0.09的归一化耦合强度，证明可借电磁环境调控材料力学、磁与拓扑自由度。
2024-05-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Sonic Landau-level lasing and synthetic gauge fields in mechanical metamaterials
机械应变可以导致合成规范场，其控制石墨烯片中的电子以及光子晶体中的光的动力学。在这里，我们将展示如何设计一个类似的合成规范场的晶格振动。我们的方法依赖于两种策略之一：剪切质量和弹簧的蜂窝晶格或图案化其局部材料刚度。结果，产生了具有离散朗道能级的振动光谱。通过调节规范场的强度，我们可以控制超材料中的态密度和声音的横向空间限制。我们还使用规范场来设计波导，在波导中，声音传播稳健，作为拓扑极化的变化，发生在沿域壁的大部分的超材料的结果。通过引入耗散，我们可以选择性地增强畴壁束缚拓扑声音模式，该特征可以用于通过辐射的受激发射的声音放大的设计-SASER，激光器的机械类似物。
2016-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Quantifying phonon particle and wave transport in nanostructures--The unexpectedly strong particle effect in silicon nanophononic metamaterial with cross junction
了解纳米结构中的声子输运机制对于精细地定制热性质是非常重要的。通过不同的策略结合声子粒子和波效应，以前的研究已经在纳米结构中获得了超低的热导率。然而，声子粒子效应和波效应耦合在一起，即它们对声子输运的单独贡献无法计算。在这里，我们提出了如何量化粒子和波的声子输运的影响相结合的蒙特卡罗和原子的格林函数方法。我们将其应用到具有交叉结的一维硅纳米声子超材料中，在这种超材料中，波效应被认为是阻碍声子输运的主要调制器，而粒子效应则可以忽略不计。令人惊讶的是，我们发现，颗粒效应是相当显着的，以及可以贡献高达39%的总热导率降低。此外，颗粒效应并没有随着结构的截面面积（CSA）减小而减小很多，并且即使对于小至2.23 nm 2的CSA，仍然保持相当强。进一步通过减小结腿长度的声子传输分析也定性地证明了强粒子效应。结果突出了相互控制的粒子和波的特性的重要性，和方法来量化声子粒子和波的影响是非常重要的声子工程的纳米结构。
2018-10-15 cond-mat.mes-hall
Two-dimensional Mechanical Metamaterials with Unusual Poisson Ratio Behavior
我们设计的二维（2D）的机械超材料，可以在很小的能量成本或没有变形。这样的可变形结构的示例是在宏观尺度上在其角部铰接的刚性等腰三角形的组件，或者在纳米尺度上形成多孔石墨烯的聚合菲分子。在这些和一大类相关结构中，泊松比$ν$对于特定的应变值是发散的。$ν$也改变其大小和符号，并显示形状记忆效应。
2018-12-08 cond-mat.mes-hall
SAW interdigitated transducers as topological mechanical metamaterial
建立了一种描述声表面波叉指换能器（IDT）各电极机械位移和电流的格点模型。叉指换能器的每个电极被视为一个质量块，它通过弹簧与相邻的电极机械连接，并通过电容器与相邻的电极电气连接。一个典型的SAW叉指换能器的导纳进行了模拟，并与精确的有限元法模拟的结果进行了比较。通过模拟称为打嗝谐振器的IDT结构的导纳来证明该晶格模型的实用性，该IDT结构在带隙的中心具有模式。它示出在这里，该模式是一个拓扑保护的边缘状态所描述的1D Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型。打嗝谐振器已经在商业产品中使用了几十年，因此它可以被认为是第一种大规模生产的拓扑机械超材料。
2019-10-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Graphene on hexagonal boron nitride as a tunable hyperbolic metamaterial
六方氮化硼（h-BN）是一种天然的双曲线材料，其介电常数在基面中是相同的（ε ^t = ε ^x = ε ^y），但与法向平面（ε ^z）中的介电常数具有相反的符号（ε ^t* ε ^z < 0）。由于这种性质，h-BN的有限厚度板充当用于传播双曲声子极化激元的多模波导，双曲声子极化激元是源于光子与声子中的电偶极子之间的耦合的集体模式。然而，控制这些双曲声子极化激元模式仍然具有挑战性，主要是因为它们的电动力学性质由h-BN的晶格决定。在这里，我们通过直接纳米红外成像表明，这些双曲极化激元可以有效地调制在由单层石墨烯在h-BN上组成的范德华异质结构中。可调谐性起源于石墨烯中的表面等离子体激元与h-BN中的双曲声子极化激元的杂交，使得石墨烯/h-BN异质结构的本征模是双曲等离子体激元-声子极化激元。值得注意的是，石墨烯/h-BN中的双曲等离子体-声子极化激元几乎没有欧姆损耗，使得它们的传播长度比h-BN中的双曲声子极化激元的传播长度大1.5-2.0倍。双曲型等离子体激元-声子极化激元具有石墨烯中表面等离子体激元和h-BN中双曲型声子极化激元的优点。因此，石墨烯/h-BN结构可以被分类为电磁超材料，因为这些器件的所得特性并不单独存在于其组成元素中。
2015-06-23 cond-mat.mes-hall
Large penetration depth of near-field heat flux in hyperbolic media
我们比较了声子极化激元介质和双曲型超材料的超普朗克热辐射。特别是，我们确定了三种不同结构的吸收介质内的热光子的穿透深度：两个半无限声子极化激元介质支持表面模式，两个多层双曲超材料和两个纳米线双曲超材料。我们表明，双曲模式的穿透深度可以是数量级大于表面模式，这表明双曲材料是更可取的近场热光伏应用比纯声子极化激元材料。
2014-03-21 cond-mat.mes-hall
Optomechanical Metamaterials: Dirac polaritons, Gauge fields, and Instabilities
独立的光子晶体可以用来捕获光和机械振动。这些“光机械晶体”结构已经在实验上证明了光子模式和声子模式之间的强耦合，共同定位在单个缺陷位置。未来的设备可能会以这种缺陷的规则超晶格为特征，将它们变成“光机械阵列”。在这封信中，我们预测，定制的光机能带结构的这种阵列可以用来实现狄拉克物理的光子和声子，通过机械振动创建一个光子规范场，并观察到一种新的光机不稳定性。
2013-12-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Observation of non-Hermitian topology and its bulk-edge correspondence in an active mechanical metamaterial
拓扑边缘模式是局部化在材料的边缘处的激发，但其特征在于在体中定义的拓扑不变量。这种体积-边缘的对应关系使得能够在从冷原子到超材料、活性物质和地球物理流的广泛系统中创建强大的电子、电磁和机械输运特性。最近，非厄米拓扑系统（其中能量不守恒）的出现引发了相当大的理论进展。特别是，新的拓扑相，只能存在于非厄米系统已被引入。然而，这些相是否可以在实验中观察到，以及它们的性质是什么，仍然是悬而未决的问题。在这里，我们确定和观察一种新的形式的散装边缘对应一个特定的非厄米拓扑相位。我们发现，在大量的非厄米拓扑不变量的变化，导致拓扑边缘模式本地化的变化，连同特有的纯非厄米性质。使用量子到经典的类比，我们创建了一个机械超材料与非互易相互作用，在实验中，我们观察预测的散装边缘对应，证明其鲁棒性。我们的研究结果开辟了新的途径，为领域的非厄米拓扑和操纵波在前所未有的时尚。
2020-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
On-chip higher-order topological micromechanical metamaterials
高阶拓扑绝缘体由于能够在单个芯片上集成多个维度的稳定边界态，具有多维拓扑物理和独特的应用价值。然而，对于高频机械系统中的信号处理应用，高阶拓扑机械材料的当前实现仍然限于用于千赫兹或更低频率的大规模系统。在这里，我们报告的实验观察的芯片上的微机械超材料作为高阶拓扑绝缘体的高频机械波。高阶拓扑声子带隙是由布里渊区拐角处的带反转引起的，该带反转是通过配置在硅芯片上蚀刻的椭圆柱的取向来实现的。通过一致的实验和理论，我们证明了在兆赫频率范围内由高阶能带拓扑引起的拓扑边缘态和角态的共存。具有高阶拓扑结构的片上微机械超材料的实验实现为基于集成平台中的兆赫机械波的应用打开了一个机制，其中边缘和角状态分别充当稳定的波导和谐振器。
2020-10-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
