Advanced Materials:双频带纳米电子机械谷霍尔拓扑超材料的实验展示

抑制甚高频弹性声波信号传输过程中的背向反射是集成声子回路领域的一项重要挑战。基于谷霍尔效应的拓扑绝缘体起源于凝聚态物理领域,近年来也被用于解决声波信号的反射问题。迄今为止,大部分谷霍尔声子拓扑绝缘体都只在宏观、低频的声学系统中实现过,而且已有的大多数实验都只能够工作于单一频段。这很大程度上限制了其在多频段、多功能的声子回路中的应用。

近日,香港中文大学孙贤开课题组在甚高频集成纳米电子机械系统中实现了基于谷霍尔效应的双频带拓扑声子超材料。该研究结果对于基于高频声子的集成系统具有重要意义,其相关结果发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.202006521)上。

该研究团队基于部分悬空的氮化硅薄膜结构,通过精确调控悬空部分的几何形状,首次实现了甚高频波段声子的量子谷霍尔效应。该团队通过实验证明了此类甚高频纳米声子拓扑超材料能够同时在基频(~60兆赫兹)和二倍频(~120兆赫兹)两个波段支持抗反射的信号传输。同时,该团队实验证明了此类甚高频纳米声子拓扑绝缘体具有谷-动量锁定的现象,即可以通过谷偏振来控制甚高频声子的传播方向。最后,该团队进一步探讨了基于此类器件实现拓扑保护的声子非线性过程的可能性。这些研究结果不仅能用于实现具有更高鲁棒性和信息容量的甚高频集成声子回路,而且打开了实验研究拓扑结构中声学非线性的大门。