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    發布時間:2024-04-13 18:48 原文鏈接: 新型拓撲超材料以指數級放大聲波

      荷蘭原子分子國立研究所科學家與來自德國、瑞士和奧地利的伙伴合作,創造了一種新型超材料,聲波能以前所未有的方式在其中流動。它提供了一種新的機械振動放大形式,具有改進傳感器技術和信息處理設備的潛力。這種超材料是“玻色子基塔耶夫鏈”(Bosonic Kitaev chain)的首個例子,其特殊性質源自其拓撲材料性質。這一成果發表在3月27日《自然》雜志上。

      “基塔耶夫鏈”是一個理論模型,用于描述超導材料(特別是納米線)中電子的物理現象。該模型因預測納米線末端是否存在特殊激發而聞名,即馬約拉納零能模。2018年,有人預測,玻色子基塔耶夫鏈將展示出天然材料或超材料一些迄今未知的行為。

      玻色子基塔耶夫鏈實質上是一串耦合諧振器。它是一種超材料,即具有工程性質的合成材料。諧振器可被認為是材料的“原子”,它們耦合在一起的方式控制著集體超材料的行為,在這種情況下,聲波沿著鏈條傳播。

      研究人員表示,耦合器的鏈節必須用特殊彈簧制成。他們借助光施加的力在納米機械諧振器之間創建所需的鏈接,將它們耦合起來,從而創造出“光學”彈簧。研究人員調節激光強度,可以連接5個諧振器,并實現玻色子基塔耶夫鏈。

      研究發現,這種光學耦合會放大納米機械振動,聲波(即通過陣列傳播的機械振動)從一端到另一端呈指數放大,但在相反方向上振動無法傳遞。如果波延遲一點(如1/4振蕩周期),則行為會完全相反。因此,玻色子基塔耶夫鏈就像一種獨特類型的定向放大器,在信號操縱方面極具潛力,特別是在量子技術中。

      進一步研究還證明,玻色子基塔耶夫鏈實際上是物質的一中新拓撲相。正如2018年預測那樣,研究人員展示了超材料拓撲性質的獨特實驗特征:如果鏈閉合,它會形成一條“項鏈”,放大的聲波在諧振器環中不斷循環并達到極高強度,類似于激光中產生的強光束。


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