基于弹性波混合自旋的声子天空观测

Skyrmions非常小，直径在纳米级，它们表现为适合信息存储和逻辑技术的粒子。1961年，托尼·斯凯姆(Tony Skyrme)提出了第一个拓扑缺陷的表现形式来模拟粒子，并将其创造为skyrmions。这种具有拓扑稳定构型的粒子可以为建立高密度磁声子(量子振动机械能的离散单位)信息处理路线开辟一条有希望的途径。

在《科学进展》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，实验性地开发了声子天空子作为新的拓扑结构。研究人员观察了与频率无关的自旋构型及其向超宽带声子天空子形成的进展，这些声子可以在任何固体结构上产生。

新的研究工作为基于自旋构型调节弹性波和结构开辟了一个充满活力的视野，从而提供了非常适合信息处理、生物医学测试和波工程应用的替代声子技术。

天空的物理学

Skyrmions可以定义为拓扑稳定的三分量矢量场，如凝聚态系统和螺旋磁性材料所示。这些现象为信息储存和传输提供了有希望的途径。物理学家正在探索弹性声子的非平凡Skyrmion构型，由于其复杂的极化状态，被称为“固体中的弹性波”。与光子系统相比，弹性声子由于其独特的功能，包括形成集成器件的可扩展性和极低损耗的抗干扰能力，为携带和处理信息提供了一个极好的平台。

声子物理学导致了高信噪比信息处理的先进技术，以及适合量子网络的强烈波物质相互作用。在这项新工作中，Cao及其同事开发了一种基于弹性波的3D混合自旋的超宽带声子Skyrmion的非平凡拓扑结构。该团队通过不同的自旋纹理形成了声子和光子天空。

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通过固有杂交自旋形成声子

研究人员可以通过在弹性界面中杂交横向和纵向波来建立弹性自旋。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，也可以存在于无限各向同性的体积空间中，没有基于双波干涉的界面。

研究人员通过在薄板模型中构建声子skyrmion系统创建了一个紧凑的结构，该模型支持兰姆波的混合自旋，该自旋是由实验装置的上板和下板界面中纵波和横波之间的杂交引起的。为了在实验室中创建声子Skyrmions，该团队设计了一个带有柱状谐振器的六边形超板，并在实验过程中激发了三对具有混合自旋的反向传播平面兰姆波。

弹性、坚固的声子天空的可调特性

Cao及其同事观察到由弹性波的频率无关的3D混合自旋纹理引起的声子Skyrmions的超宽带拓扑鲁棒性特征。它们还促进了流体 - 固体耦合，以在流体中发展出非平凡的声学Skyrmion场。然后，该团队使用3D打印机打印了带有柱状谐振器的六边形对称元板，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Skyrmions的宽带特性，并观察了几何空间中不同类型的Skyrmions的转变，这表明柱状谐振器对构建3D Skyrmion配置的贡献。

这项工作还建立了非平凡拓扑声子天空晶格的鲁棒性。例如，当团队在设置中引入缺陷时，它们不会影响skyrmion晶格架构，证明声子skyrmions对缺陷具有鲁棒性，表明skyrmion场的稳定性。

展望

通过这种方式，曹丽云及其同事在理论和实践中描述和观察了基于弹性波的3D混合自旋的超宽带声子Skyrmions的形成。声子Skyrmions对局部无序缺陷具有鲁棒性，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并探索新的拓扑顺序。

这项工作为在宏观到微观尺度上创建新的拓扑声子材料提供了一系列可能性。科学家们展示了在任何弹性波系统中产生可调谐声子的可能性，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，以连接电子学，声子学/光子学和生命科学的跨学科物理学。

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