作者:哈佛大学约翰·A
保尔森工程和应用科学学院 使用形状记忆合金线圈可以快速膨胀以产生高热膨胀系数的蜂窝状网格模型
学分:霍夫曼实验室/哈佛SEAS 拓扑材料沿着它们的表面和边缘移动电子而没有任何损失，使它们成为无耗散、高效率电子器件的有前途的材料
研究人员对将这些材料用作晶体管特别感兴趣，晶体管是所有现代电子产品的支柱
但是有一个问题:晶体管开关电子电流，但是很难关闭拓扑材料中无耗散的电子流
现在，哈佛大学的研究人员设计并模拟了第一个拓扑声学晶体管——用声波代替电子——并提出了一种连接架构，以形成一个通用逻辑门，可以开关声音的流动
哈佛大学约翰·A·克洛维斯科学教授珍妮·霍夫曼说:“自2007年前后拓扑材料出现以来，人们对开发拓扑电子晶体管产生了很大兴趣。”
鲍尔森工程和应用科学学院(SEAS)和物理系
“尽管我们使用的材料不会产生电子拓扑晶体管，但我们的一般设计过程同时适用于量子材料和光子晶体，这让人们燃起了希望，即电子和光学等效物可能不会落后太多
" 这项研究发表在《物理评论快报》上
通过使用声学拓扑绝缘体，研究人员能够避开复杂的电子拓扑绝缘体量子力学
该论文的第一作者、物理系前研究生哈里斯·皮里(Harris Pirie)说:“声波的方程完全是可解的，这使得我们可以通过数值计算找到恰好合适的材料组合，来设计一种加热时打开、冷却时关闭的拓扑声波波导。”
皮里目前是牛津大学玛丽·居里博士后研究员
研究人员使用了一个固定在高热膨胀板上的蜂窝状钢柱网格，密封在一个气密的盒子里
格子的一半有稍大的柱子，另一半有稍小的柱子
这些柱子大小和间距的差异决定了晶格的拓扑结构，也决定了声波能否沿着指定的通道传播
研究人员随后设计了第二种将超声波转化为热量的装置
热量使柱状晶格膨胀，并改变波导的拓扑结构
当耦合在一起时，这两个器件允许一个波导的输出控制下一个波导的状态，就像在传统晶体管中流动的电子可以触发其他晶体管一样
这些声学拓扑开关是可扩展的，这意味着用于厘米级超声频率的相同设计也可以在亚毫米尺寸和通常用于传输表面声波的频率下工作，这可能有助于克服集成声子电路中的限制
皮里说:“拓扑保护的声学传输控制在许多重要领域都有应用，包括有效的声学降噪、单向声学传播、超声成像、回声定位、声学隐身和声学通信。”
这些声学超材料也可以用作教学工具
“与量子力学系统不同，声学超材料是直接的、有形的和直观的
它们是凝聚态物理前沿课题的入口，包括拓扑绝缘体，”霍夫曼说
该团队计划面向公众演示这些设备，学生或博物馆参观者可以触摸、切换和听到
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