Plus haut

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8301 (2023) Citer cet article

1565 Accès

1 Altmétrique

Détails des métriques

Les isolants topologiques d'ordre supérieur attirent l'attention depuis l'intérêt fondamental jusqu'aux applications fascinantes, en raison des propriétés topologiques des états de coin topologiques d'ordre supérieur. Le réseau respiratoire de Kagome est une plate-forme prospective qui peut prendre en charge des états de coin topologiques d'ordre supérieur. Ici, nous démontrons expérimentalement que les états de coin topologiques d’ordre supérieur sont pris en charge dans un réseau de kagome respiratoire constitué de bobines résonantes couplées magnétiquement. La direction d'enroulement de chaque bobine est déterminée pour maintenir la symétrie C3 pour chaque cellule unitaire du triangle, permettant d'émerger des états de coin topologiques d'ordre supérieur. De plus, les phases topologiques et triviales peuvent être commutées en modifiant les distances entre les bobines. L'émergence d'états de coin dans la phase topologique est observée expérimentalement grâce à des mesures d'admittance. À titre d'illustration, un transfert de puissance sans fil est effectué entre les états de coin et entre les états de masse et de coin. La configuration proposée constitue une plate-forme prometteuse non seulement pour étudier les propriétés topologiques du réseau respiratoire kagome, mais également pour un mécanisme alternatif de transfert sélectif de puissance sans fil.

Les phases topologiques de la matière possèdent des propriétés intéressantes dans la propagation des ondes et devraient révolutionner des technologies allant de l'électronique1,2, à la photonique3,4,5,6,7, en passant par l'acoustique8,9,10 et la mécanique11,12,13. Selon la correspondance masse-limite, un isolant topologique conventionnel à d dimensions prend en charge les états limites à dimensions (d-1) 1,2. D'autre part, les isolateurs topologiques d'ordre supérieur (HOTI) récemment découverts peuvent prendre en charge les états limites dans les dimensions (d-2) . Par exemple, dans le cas de systèmes à 2 dimensions, des états de coin à 0 dimension peuvent apparaître. Les états de coin des HOTI ont été observés expérimentalement sur diverses plates-formes physiques17,18,19,20. De plus, les investigations sur les HOTI sont des domaines de recherche actifs, des dimensions linéaires aux non-linéaires21,22,23,24, des dimensions réelles aux dimensions synthétiques25, et des systèmes hermitiens aux systèmes non-hermitiens26.

L’un des réseaux de base prenant en charge les états de coin topologiques d’ordre supérieur est le réseau respiratoire kagome27. Classiquement, les états de coin topologiques dans les HOTI ont été étudiés dans un réseau carré et cubique14,15,16. D’autre part, le réseau respiratoire kagome est basé sur le réseau triangulaire, et trois états de coin sont observés aux trois coins du triangle27. Il y a eu des rapports sur diverses plates-formes physiques pour le réseau respiratoire kagome et des observations expérimentales des états de coin topologiques dans des domaines tels que la photonique, l'électromagnétique, l'acoustique et les circuits électriques. Dans ces systèmes, les phases topologiques peuvent être obtenues en réglant correctement le couplage inter- et intra-cellulaire dans le réseau. Les conceptions conventionnelles de HOTI reposent sur la géométrie du réseau. Cependant, le contrôle flexible de la phase topologique est difficile dans une telle géométrie fixe.

D’un autre côté, l’un des domaines d’application des phases topologiques de la matière qui retient l’attention est le transfert de puissance sans fil. Le transfert de puissance sans fil basé sur l'analogie des isolants topologiques a été démontré dans des systèmes unidimensionnels34,35,36,37. Les chaînes Harper et SSH composées de résonateurs LC couplés ont été utilisées pour les démonstrations. L'énergie est localisée au bord de la chaîne de résonateurs LC unidimensionnelle. Le contrôle de direction et le transfert de puissance à haut rendement ont été démontrés à l’aide des états de bord topologiques. Cependant, la capacité de transfert de puissance sans fil dans les systèmes HOTI bidimensionnels n’a pas encore été démontrée. Le transfert d'énergie sans fil dans des configurations bidimensionnelles est prometteur pour des applications telles que le chargement d'appareils mobiles via des murs ou des tables.

K/J > 1/227. The black, blue, and red circles indicate the bulk, edge, and corner states, respectively. The three corner states (the 16th to the 18th) have the same eigenfrequency ω0 because the corner states of a breathing kagome lattice are zero mode. The spatial distributions of the eigenstates are shown in Fig. 1c–f, respectively, where squared absolute values of the amplitudes of the eigenstates are integrated over the 1st to the 15th, the 16th to the 18th, the 19th to the 26th, and the 27th to the 30th. We observe large mode-amplitudes of resonators at the three corners (Fig. 1d), and at the three sides (Fig. 1e). Thus, the emergence of the corner and edge states is expected by using the above design parameters. For other eigenfrequencies, the bulk states are observed, where resonators around the center of the system have large amplitudes (Fig. 1c,f)./p>

Blog