二维材料拓扑声子晶体

对弹性波进行**操控在微波声学器件领域具有很高的应用价值。当前迅速发展的拓扑声子学**地提升了人们对弹性波的操控能力。一阶拓扑绝缘体提供了理想的弹性波波导技术，其优势有：（1）路径任意且缺陷免疫，传输损耗**；（2）具有宽工作带宽；（3）几乎无色散。二阶拓扑绝缘体提供了理想的零维弹性波谐振腔，其优势有：（1）高品质因子；（2）小模式体系。利用弹性波拓扑波导和谐振腔组合即可实现性能**的声学模拟信号处理器件。因此，将弹性拓扑材料进行微型化、集成化、乃至可（电）调制化，是一个极具潜力的应用研究方向。近期，一些可调、可重构的弹性波拓扑材料已被实验证实。然而，这些方案普遍需要复杂的外部电路，而仍处于宏观尺度。一种芯片级、易于实现且可（电）调制的弹性波拓扑材料方案仍然缺失。

具有原子层厚度的二维材料不仅具有高刚度、高强度、低质量等**的力学性能，同时还具有**的电、光及磁学特性，使其成为可调、可重构器件的理想选择。在本文中，研究人员巧妙地将二维材料平铺在图形化衬底上，设计了一种由悬浮二维材料构筑的弹性波声子晶体，如图1所示。

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由于悬浮的二维材料与基底具有较大的声学阻抗失配，悬浮二维材料中的弹性波将无法进入到基底中，因此也就能够实现图形化的二维声子晶体。通过对图形化基底的**设计，进而可以实现该声子晶体的拓扑态，包括（一阶拓扑）一维边界态及（二阶拓扑）零维拐角态。并可以利用它们实现构筑于二维材料的弹性波导、分束器、谐振器、带通/带阻滤波器等，如图2所示。

图2：基于该声子晶体拓扑边界态及角态构建的带通滤波器。a器件构型；b透射谱；c理论Q值超106；d角态的激发场。

重要的是，由于二维材料具有较高的“电-机械”敏感性，人们即可以通过栅极电压对这些弹性波元器件的工作频率进行**调制，栅压加载方式及调控效果如图3所示。该案例中，研究人员选用的二维材料为石墨烯，衬底为表面沉积有二氧化硅薄膜的重掺杂硅（对二氧化硅进行图形化）。包含有悬浮二维材料的复合材料整体形成电容类结构。可通过增减栅极电压，调控静电力的大小，进而增减石墨烯的形变，实现对器件工作频率的调控。

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