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Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8301 (2023) Citare questo articolo

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Gli isolanti topologici di ordine superiore stanno attirando l'attenzione dall'interesse fondamentale alle applicazioni affascinanti, a causa delle proprietà topologiche con stati d'angolo topologici di ordine superiore. Breathing Kagome Reticolo è una potenziale piattaforma in grado di supportare stati angolari topologici di ordine superiore. Qui, dimostriamo sperimentalmente che gli stati d'angolo topologici di ordine superiore sono supportati in un reticolo kagome respirante costituito da bobine risonanti accoppiate magneticamente. La direzione di avvolgimento di ciascuna bobina è determinata in modo da mantenere la simmetria C3 per ciascuna cella unitaria triangolare, consentendo l'emergere di stati d'angolo topologici di ordine superiore. Inoltre, le fasi topologiche e banali possono essere scambiate modificando le distanze tra le bobine. L'emergere degli stati d'angolo nella fase topologica viene osservato sperimentalmente attraverso misurazioni dell'ammettenza. A titolo illustrativo, il trasferimento di potenza wireless viene eseguito tra gli stati d'angolo e tra gli stati bulk e d'angolo. La configurazione proposta è una piattaforma promettente non solo per studiare le proprietà topologiche del reticolo respiratorio del kagome, ma anche per un meccanismo alternativo di trasferimento selettivo di potenza wireless.

Le fasi topologiche della materia hanno proprietà interessanti nella propagazione delle onde e si prevede che rivoluzioneranno le tecnologie che vanno dall'elettronica1,2, fotonica3,4,5,6,7, acustica8,9,10, alla meccanica11,12,13. Secondo la corrispondenza bulk-boundary, un isolante topologico d-dimensionale convenzionale supporta stati al contorno (d-1)-dimensionali1,2. D'altra parte, gli isolanti topologici di ordine superiore (HOTI) scoperti di recente possono supportare stati al contorno nelle dimensioni (d-2)14,15,16. Ad esempio, nel caso di sistemi bidimensionali, possono apparire stati d'angolo a dimensione 0. Gli stati d'angolo degli HOTI sono stati osservati sperimentalmente in varie piattaforme fisiche17,18,19,20. Inoltre, le indagini sugli HOTI sono aree di ricerca attive, dal lineare al non lineare21,22,23,24, dalle dimensioni reali a quelle sintetiche25 e dai sistemi hermitiani a quelli non hermitiani26.

Uno dei reticoli di base che supportano gli stati d'angolo topologici di ordine superiore è il reticolo respiratorio di Kagome27. Convenzionalmente, gli stati d'angolo topologici negli HOTI sono stati studiati in un reticolo quadrato e cubico14,15,16. D'altra parte, il reticolo kagome che respira si basa sul reticolo triangolare e si osservano tre stati d'angolo ai tre angoli del triangolo27. Sono stati riportati vari rapporti su varie piattaforme fisiche per il reticolo respiratorio di Kagome e osservazioni sperimentali degli stati d'angolo topologici nei campi che includono fotonica28, elettromagnetismo29, acustica30,31 e circuiti elettrici32,33. In questi sistemi, le fasi topologiche possono essere ottenute sintonizzando adeguatamente l'accoppiamento inter e intra-cella nel reticolo. I progetti convenzionali degli HOTI si basano sulla geometria del reticolo. Tuttavia, il controllo flessibile della fase topologica è difficile in una geometria così fissa.

D'altro canto, uno dei campi di applicazione delle fasi topologiche della materia che sta attirando l'attenzione è il trasferimento di potenza senza fili. Il trasferimento di potenza wireless basato sull'analogia degli isolanti topologici è stato dimostrato in sistemi unidimensionali34,35,36,37. Per le dimostrazioni sono state utilizzate la catena Harper e SSH composta da risonatori LC accoppiati. L'energia è localizzata al bordo della catena di risonatore LC unidimensionale. Il controllo della direzione e il trasferimento di potenza ad alta efficienza sono stati dimostrati utilizzando gli stati limite topologici. Tuttavia, la capacità di trasferimento di potenza wireless nei sistemi HOTI bidimensionali non è stata ancora dimostrata. Il trasferimento di potenza wireless in configurazioni bidimensionali è potenziale per applicazioni come la ricarica di dispositivi mobili tramite pareti o tavoli.

K/J > 1/227. The black, blue, and red circles indicate the bulk, edge, and corner states, respectively. The three corner states (the 16th to the 18th) have the same eigenfrequency ω0 because the corner states of a breathing kagome lattice are zero mode. The spatial distributions of the eigenstates are shown in Fig. 1c–f, respectively, where squared absolute values of the amplitudes of the eigenstates are integrated over the 1st to the 15th, the 16th to the 18th, the 19th to the 26th, and the 27th to the 30th. We observe large mode-amplitudes of resonators at the three corners (Fig. 1d), and at the three sides (Fig. 1e). Thus, the emergence of the corner and edge states is expected by using the above design parameters. For other eigenfrequencies, the bulk states are observed, where resonators around the center of the system have large amplitudes (Fig. 1c,f)./p>

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