基于弹性波混合自旋观察声子斯格明子

Skyrmions非常小，直径为纳米级，它们表现为适合信息存储和逻辑技术的粒子。1961年，TonySkyrme制定了第一个拓扑缺陷的表现形式来模拟粒子并将其命名为skyrmion。这种具有拓扑稳定结构的粒子可以为建立高密度磁和声子(量子振动机械能的离散单位)信息处理路线开辟一条有前途的路线。

在ScienceAdvances上发表的一份新报告中，曹丽云和法国洛林大学CNRS的一组研究人员通过使用弹性波的三维(3D)混合自旋实验开发了声子斯格明子作为新的拓扑结构。研究人员观察了与频率无关的自旋配置及其在形成可在任何固体结构上产生的超宽带声子斯格明子方面的进展。

新的研究工作开辟了一个充满活力的视野，可以根据自旋配置调节弹性波和结构，从而提供非常适合信息处理、生物医学测试和波浪工程应用的替代声子技术。

Skyrmions可以定义为拓扑稳定的三分量矢量场，如凝聚态物质系统和螺旋磁材料中所证明的那样。这种现象形成了信息存储和传输的有前途的途径。由于其复杂的偏振状态，物理学家正在探索被称为“固体弹性波”的弹性声子的非平凡skyrmion配置。与光子系统相比，弹性声子由于其独特的特性提供了一个优秀的平台来承载和处理信息，这些特性包括形成集成设备的可扩展性和抗干扰能力极低的损失。

声子物理学导致了高信噪比信息处理方面的先进技术，以及适用于量子网络的强烈波物质相互作用。在这项新工作中，Cao及其同事基于弹性波的3D混合自旋，开发了一种非平凡的超宽带声子斯格明子拓扑结构。该团队通过不同的自旋纹理形成了声子和光子斯格明子。

研究人员可以通过在弹性界面中混合横波和纵波来建立弹性自旋。这种混合自旋可以在支持兰姆波和瑞利波的自由表面上形成，也可以基于双波干涉存在于无限各向同性的无界面体空间中。

研究人员通过在薄板模型中构建声子skyrmion系统来创建紧凑的结构，该薄板模型支持兰姆波的混合自旋，兰姆波是由实验装置上下板界面的纵波和横波之间的杂交产生的。为了在实验室中创建声子斯格明子，该团队设计了一个带有柱状谐振器的六角形元板，并在实验过程中激发了三对反向传播的具有混合自旋的平面兰姆波。

Cao及其同事观察了由弹性波的频率无关的3D混合自旋纹理引起的声子斯格明子的超宽带拓扑鲁棒性特征。他们还促进了流固耦合，以在流体中形成一个非平凡的声学斯格明子场。然后，该团队使用3D打印机打印带有柱状谐振器的六角形对称元板，并注意到实验和模拟色散之间的良好一致性。然后，他们确认了声子斯格明子的宽带特性，并观察了几何空间中不同类型斯格明子的转变，这显示了柱状谐振器对构建3D斯格明子配置的贡献。

这项工作还建立了非平凡拓扑声子斯格明子格子的稳健性。例如，当团队在装置中引入缺陷时，它们不会影响skyrmion晶格结构，证明声子skyrmions对缺陷具有鲁棒性，表明skyrmion场的稳定性。

外表

通过这种方式，曹丽云及其同事基于弹性波的3D混合自旋，在理论上和实践中描述和观察了超宽带声子斯格格子的形成。声子斯格明子对无序的局部缺陷具有鲁棒性，并表现出超带宽，非常适合高速拓扑声子信息处理技术。3D混合自旋态可以开辟新的途径来调节声子和探索新的拓扑顺序。

这项工作提出了在宏观到微观尺度上创造新的拓扑声子材料的一系列可能性。科学家们展示了在任何弹性波系统中创建可调谐声子斯格格子的可能性，包括固-固、固-气或固-液界面。值得注意的是，流固耦合可以为流体中的skyrmion晶格物质系统铺平道路，非常适合观察微流体仪器中的细胞动力学和生物医学测试。这些成果将促进先进的综合信息平台将电子学、声子学/光子学和生命科学中的跨学科物理学联系起来。

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