物理学 > 应用物理
[提交于 2025年1月3日
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标题: 通过多目标策略在二维光声拓扑绝缘体中定制声波和电磁波的赝自旋单向态
标题: Customizing pseudospin unidirectional states of acoustic and electromagnetic waves in two-dimensional phoxonic topological insulators via multi-objective strategies
摘要: 拓扑材料在经典波应用中展现出显著的潜力,如传感、波导和信号处理,利用了诸如强鲁棒性、对背向散射的免疫性和单向传输等拓扑保护效应。 本工作提出了二维$C_{\textrm{6v}}$光声晶体中声波和电磁波的伪自旋依赖的拓扑边缘态的同时逆向设计。 光声晶体是通过在空气背景中周期性排列硅柱而制成的。 我们提出了一种基于NSGA-II与有限元方法协同的多目标优化框架,其中声波和电磁波的带隙分别作为目标值进行处理。 通过模态场计算分析成对简并模态的位置关系来确定带隙的拓扑性质,从而实现在同一单元内定制其中一个带隙。 与传统方法依赖带隙反转来诱导拓扑相变不同,所提出的方法直接为两种波类型生成具有不同拓扑特性的两个单元,从而在每种情况下实现最大的带隙匹配。 我们进一步证明了声波和电磁波的伪自旋依赖的拓扑边缘态的存在,验证了它们的单向性和对背向散射及缺陷的鲁棒性。 本工作建立了一种定制光声拓扑态的系统性策略,为基于声波和光波的多功能器件的逆向设计提供了一条新途径。
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