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凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

arXiv:2506.07048 (cond-mat)
[提交于 2025年6月8日 ]

标题: 无量纲分层拓扑声子态

标题: Dimensionless Hierarchical Topological Phononic States

Authors:Joel R. Pyfrom, Kai Sun, Jihong A. Ma
摘要: 拓扑绝缘体表现出独特的边界态,这些边界态由体带的拓扑性质保护,这一现象现已扩展到声子学和力学等经典系统。 通常,体中具有非平凡拓扑的 $n$-维系统会导致出现 $(n-1)$-维的拓扑保护边界态。 然而,这些态常常可以通过破坏保护它们的对称性而打开能隙,从而可能产生新的能隙内的高阶拓扑模式。 一个显著的例子是高阶拓扑绝缘体(HOTI),其中表面态的打开能隙导致形成较低维度的拓扑模式,例如铰链态或角态。 这一过程将受保护模式的空间维度从 $(n-1)$降低到 $(n-2)$或更低。 在这项工作中,我们提出了一种利用一维 Su-Schrieffer-Heeger 模型实现高阶拓扑模式的替代方法。 我们通过操控畴壁的位置来打开原本拓扑保护的畴壁态,从而诱导出新的高阶拓扑态。 这些新的高阶拓扑态可以通过广义缠绕数计算进行表征。 这种方法允许在一维晶格中实现多种甚至无穷多的拓扑序,同时保持体-边界对应原则。 我们的研究揭示了一种新的机制,丰富了拓扑层次结构,超越了传统的分类。 这种机制还可以扩展到更高维度,可能创造出复杂的拓扑态网络,并推进我们对波现象的控制。
摘要: Topological insulators exhibit unique boundary states that are protected by the topology of the bulk bands, a phenomenon that has now been extended to classical systems such as phononics and mechanics. Typically, nontrivial topology in an $n$-dimensional bulk leads to the emergence of $(n-1)$-dimensional topologically protected boundary states. However, these states can often be gapped out by breaking the symmetry that protects them, resulting in the possible creation of new in-gap higher-order topological modes. A notable example of this is the higher-order topological insulator (HOTI), where gapping out surface states leads to the formation of lower-dimensional topological modes, such as hinge or corner states. This process reduces the spatial dimensionality of the protected modes from $(n-1)$ to $(n-2)$ or even lower. In this work, we propose an alternative method to achieve higher-order topological modes using a one-dimensional Su-Schrieffer-Heeger model. Instead of relying on dimensional reduction, we manipulate the positions of domain walls to gap out the originally topologically protected domain-wall states, thereby inducing new higher-order topological states. These new higher-order topological states can be characterized using a generalized winding number calculation. This approach allows for the realization of multiple (and even infinite) topological orders within simple 1D lattices while maintaining the principle of bulk-boundary correspondence. Our study reveals a new mechanism that enriches topological hierarchies beyond conventional classifications. Such a mechanism could also be extended to higher dimensions, potentially creating intricate networks of topological states and advancing our control over wave phenomena.
评论: 15页,9幅图
主题: 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall) ; 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci); 其他凝聚态物理 (cond-mat.other)
引用方式: arXiv:2506.07048 [cond-mat.mes-hall]
  (或者 arXiv:2506.07048v1 [cond-mat.mes-hall] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2506.07048
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Jihong Ma [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2025 年 6 月 8 日 09:07:56 UTC (11,489 KB)
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