前沿 | 北京理工大学胡更开研究团队：弹性拓扑材料研究进展

电磁波、声波等波动传输现象是众多科技的基础。然而，无论是量子波或是经典波，其在传输过程中遇到缺陷时都不可避免地被散射。量子物理中拓扑绝缘体的发现为解决该问题提供了新思路。在两种性质不同的拓扑绝缘体组成的界面或是拓扑绝缘体自身的边界上，能量可以不受材料杂质、缺陷的干扰而无散射、无耗散甚至单向传输，这一优越特性为新型波动控制器件设计打开了新的维度。

尽管首先在量子力学领域被发现，拓扑绝缘体本质上源于周期介质的Bloch模态而不与量子特性直接相关。因此，光子晶体、声子晶体等周期介质也可实现类似的波动现象。由于弹性波横纵波耦合带来的复杂性，弹性波拓扑绝缘体研究相比电磁、声波等领域还比较欠缺。

　　为便于力学学者理解拓扑绝缘体及开始有关科学研究，北京理工大学胡更开课题组与合作单位近日在《力学进展》发表综述论文《弹性拓扑材料研究进展》。该论文着重关注弹性波拓扑绝缘体，并从力学角度对拓扑绝缘体进行理解。论文特地从一维、二维离散质量弹簧系统出发，首先对拓扑绝缘体基本概念、拓扑分析工具、波动规律解析分析方法进行了详细介绍，随后依次介绍了弹性波谷霍尔绝缘体、陈绝缘体、自旋霍尔绝缘体的设计思想、波动规律以及当前研究进展。为让读者更全面地了解力学中的拓扑内容，论文后半篇幅还讨论了目前研究较多的高阶拓扑绝缘体，静力学中的拓扑孤立子、拓扑零能模式等拓扑现象。

　　作者在文末指出，现有研究多偏向机理和设计研究，与实际应用结合还较少。弹性波在日常生活亦有广泛的应用，如地震波监测及预警、MEMS与声表面波器件设计、工程结构力学特性实时监测等无不涉及弹性波的传输及控制。未来研究方向可关注将拓扑绝缘体与实际应用相结合。