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干货分享| 声学拓扑-2021 PRL 基于声学拓扑态转变的Zener隧穿

干货分享| 声学拓扑-2021 PRL 基于声学拓扑态转变的Zener隧穿 两江科技评论
2021-02-04
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导读:恭喜猫哥喜提PRL和PRX~

本文导读:

1,  恭喜猫哥斩获大作两篇;

2,  我和猫哥的风格对比;

3,  COMSOL声学模块port功能介绍;



 一、恭喜猫哥斩获大作两篇

二月一号,PRL上线了猫哥的最新大作:基于声学拓扑态转变的Zener隧穿,标题是Landau-Zener Transition in the Dynamic Transfer of Acoustic Topological States。由于做了一点点微小的模拟协助,模数哥的名字终于乘猫哥的快车,也上了一回PRL

再次感谢猫哥带我玩。而就在上周,PRX也上线了猫哥的另一篇大作,标题有点长:Acoustic Realization of a Four-Dimensional Higher-Order Chern Insulator and Boundary-Modes Engineering,详情请看两江科技评论的及时报道:四维声学高阶陈绝缘体

单从上面两张截图,我们就可以看到猫哥的2020是一个丰收之年。在惊羡猫哥井喷式的丰收之时,他背后的坚毅与辛苦,也只有模数哥这个小迷弟知道。用猫哥自己的话说,他也是入行十年的科研老狗了。我也曾在往期的帖子里,深情回忆我和猫哥一起在红海边吴莹老师组求学的经历:声学拓扑-2016 Nat. Phys. 基于能带反转的声拓扑绝缘体()



二、我和猫哥的风格对比

同样都是在吴老师组混过的,为什么模数哥投PRL的时候连个送审的机会都没有呢?我也在深深反思这个问题。关注咱们杂货店的朋友都知道,猫哥是我拓扑方向的领路人,模数哥谈拓扑必提猫哥。他也给我们贡献了多篇拓扑雄文:

声学拓扑- 2018 Nature 外尔晶体中声表面波的拓扑负折射

声学拓扑-基于COMSOL计算拓扑不变量(1)

平时在和猫哥交流过程中,我发现我们两人风格是有很多不同的,比如说猫哥更关注核心的物理图像,而我经常会注意一些细节问题,然后被猫哥怼“这些都不重要”、“不感兴趣,没玩过”。所以我经常被猫哥弄得很囧,好在我不要脸,直接跪舔。作为一个接触拓扑尚不到一年的green hand来说,我有太多困惑和不懂的地方,需要多向猫哥学习。



三、COMSOL声学模块port功能介绍

关于猫哥这篇PRL,其实理解起来不难,非常的巧妙。之前关于边界态pumping的研究,态的演化基本都会经历一个体态,而猫哥这里在有限个波导阵列结构中,通过设计耦合,使得右边态到左边态的pumping并不经历体态的过程,有点隧穿的味道,如图Fig.3c

具体的细节,对于如下图所示的一个波导阵列来说,我们可以用一个onsite调制的AAH模型来分析:

采用紧束缚模型并设置两侧open边界,我们可以很容易地得到有限个onsite结构的投影能带(原文Fig. 1b)

如图我们可以清晰地看到两个边界态。当onsite的个数很多的时候,这两个边界态就离得很远,互不影响;而当onsite的个数比较少的时候,那么左右两个边界态就可以发生耦合,从而在能带上产生一个带隙。这些东西,我们都可以在声学系统中实现,并很好地用实验和COMSOL仿真来验证:

COMSOL5.4以上版本,声学模块有了Port的功能,所以我们可以对某个激发频率进行模式分析,以9.5kHz为例,我们可以仿真出其所能激发出来的模式传播常数:

放大上图横坐标-0.38π~-0.28π范围,我们可以清晰地看到耦合所造成的带隙:

所以,在真实波导中,我们在其传播方向引入AAH模型的演化,也就是连续地改变onsite波导的高度。当波导的尺寸很长的时候,系统满足绝热近似,右边态就能很好地跑到右边去;而当波导的尺寸有限的时候,绝热近似被破坏,能量就不能全部跑到对面去。 

文章的大致内容就跟大家介绍这么多了,欢迎感兴趣的朋友找原文看看。



后记:欢迎各位朋友加入Comsol交流群(QQ群号366619650):

1,获得一些免费分享的模型;共同交流学术问题;寻找代做与帮助;

2,欢迎投稿:Comsol杂货店合伙人计划

3,关于模数哥:模数哥与Comsol杂货店

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