Выше

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 8301 (2023) Цитировать эту статью

1565 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Топологические изоляторы высшего порядка привлекают внимание как к фундаментальным интересам, так и к интересным приложениям благодаря топологическим свойствам топологических угловых состояний более высокого порядка. Дышащая решетка кагоме — это перспективная платформа, которая может поддерживать топологические угловые состояния более высокого порядка. Здесь мы экспериментально демонстрируем, что топологические угловые состояния более высокого порядка поддерживаются в дышащей решетке кагоме, состоящей из магнитно связанных резонансных катушек. Направление обмотки каждой катушки определяется так, чтобы сохранять симметрию C3 для каждой треугольной элементарной ячейки, что позволяет возникать топологические угловые состояния более высокого порядка. Кроме того, топологические и тривиальные фазы можно переключать, изменяя расстояния между катушками. Появление угловых состояний в топологической фазе экспериментально наблюдается посредством измерений адмиттанса. В качестве иллюстрации беспроводная передача энергии выполняется между угловыми состояниями, а также между объемным и угловым состояниями. Предложенная конфигурация является многообещающей платформой не только для исследования топологических свойств дышащей решетки кагоме, но и альтернативного механизма селективной беспроводной передачи энергии.

Топологические фазы материи обладают привлекательными свойствами при распространении волн и, как ожидается, произведут революцию в технологиях, начиная от электроники1,2, фотоники3,4,5,6,7, акустики8,9,10 и заканчивая механикой11,12,13. Согласно соотношению объем-граница, обычный d-мерный топологический изолятор поддерживает (d-1)-мерные граничные состояния1,2. С другой стороны, недавно открытые топологические изоляторы более высокого порядка (HOTI) могут поддерживать граничные состояния в (d-2)-измерениях14,15,16. Например, в случае двумерных систем могут появиться 0-мерные угловые состояния. Угловые состояния HOTI экспериментально наблюдались на различных физических платформах17,18,19,20. Более того, исследования HOTI являются активными областями исследований, от линейных к нелинейным21,22,23,24, от реальных к синтетическим измерениям25 и от эрмитовых к неэрмитовым системам26.

Одной из основных решеток, поддерживающих топологические угловые состояния более высокого порядка, является решетка «дышащего кагоме»27. Обычно топологические угловые состояния в HOTI изучаются в квадратной и кубической решетке14,15,16. С другой стороны, дышащая решетка кагоме основана на треугольной решетке, и в трех углах треугольника наблюдаются три угловых состояния27. Сообщалось о различных физических платформах для дышащей решетки кагоме и об экспериментальных наблюдениях топологических угловых состояний в таких областях, как фотоника28, электромагнетика29, акустика30,31 и электрические цепи32,33. В этих системах топологические фазы могут быть получены путем правильной настройки меж- и внутриячеечной связи в решетке. Обычные конструкции HOTI основаны на геометрии решетки. Однако гибкое управление топологической фазой в такой фиксированной геометрии затруднено.

С другой стороны, одной из областей применения топологических фаз материи, привлекающей внимание, является беспроводная передача энергии. Беспроводная передача энергии, основанная на аналогии топологических изоляторов, была продемонстрирована в одномерных системах34,35,36,37. Для демонстрации использовалась цепочка Harper и SSH, состоящая из связанных LC-резонаторов. Энергия локализована на краю одномерной цепочки ЖК-резонаторов. Управление направлением и высокоэффективная передача мощности были продемонстрированы с использованием топологических краевых состояний. Однако возможность беспроводной передачи энергии в двумерных системах HOTI еще не продемонстрирована. Беспроводная передача энергии в двумерных конфигурациях перспективна для таких приложений, как зарядка мобильных устройств через стены или столы.