近日，郑州大学物理学院、中原之光实验室陈刚教授团队在片上弹性波操控方向取得重要进展，实现了片上弹性波的多维度操作，为声波导的设计提供了一种新的策略。

基于可集成平台操纵弹性波在射频通信、微流体、传感、超导电路和量子信息等多个领域具有重要意义和价值。拓扑声子晶体的出现更是为操控弹性波开辟了新途径，其非平庸的拓扑特性确保了弹性边缘态或界面态的存在，并且具有不受缺陷影响的鲁棒传输能力。例如，在二维氮化铝薄膜中设计拓扑纳米机电超材料实现单向波导和紧凑的延迟线，用于高频信号的处理。在半无限铌酸锂基底上制造声子晶体，建立具有高质量因子的强耦合机械谐振器，并实现可扩展的拓扑谷锁定声表面波操控。然而，片上弹性波的操控目前仅限于低维系统，当上升到三维系统后，样品制作和实验测量面临着巨大的挑战。

研究团队基于合成维度的方法，设计了一种二维硅基片上声子晶体，利用系统结构参数构造（2+1）维片上外尔系统，观测到了弹性波手性朗道能级和新奇的体传输现象。该工作通过控制散射体的几何转角来实现合成外尔系统，在此基础上引入梯度质量项，构造一个平面内的赝磁场，诱导产生手性朗道能级。利用微加工技术在SOI晶圆上制备了声子晶体样品，通过激光测振的方法观测到第零朗道能级的色散关系和位移场分布。最后，利用合成参数构造异质结构，实现灵活的波束操控。这种通过面内赝磁场诱导产生的手性体通道，为体波的传输提供了全新的操控方法，有望用于声波导器件的设计。

相关研究成果以“On-chip elastic wave manipulations based on synthetic dimension”为题发表在物理学顶级期刊《Physical Review Letters》上。论文第一作者为访问博士生崔振兴，通讯作者为物理学院严谋老师和陈刚教授，郑州大学为论文第一单位。该研究得到科技部国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、河南省自然科学基金项目的资助。

文章链接:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.256602

合成外尔声子晶体中的手性朗道能级和体波操控