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Scientific Reports volume 13、記事番号: 8301 (2023) この記事を引用

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高次トポロジカル絶縁体は、高次トポロジカルコーナー状態を伴うトポロジカル特性により、基本的な関心から魅力的な応用まで注目を集めています。 ブリージングカゴメ格子は、高次のトポロジカルコーナー状態をサポートできる有望なプラットフォームです。 ここでは、高次のトポロジカルコーナー状態が、磁気的に結合された共鳴コイルからなる呼吸カゴメ格子でサポートされていることを実験的に示します。 各コイルの巻き方向は、三角形単位セルごとに C3 対称性を保つように決定され、高次のトポロジカル コーナー状態を出現させることができます。 また、コイル間の距離を変えることでトポロジカル位相とトリビアル位相を切り替えることができます。 トポロジカル相におけるコーナー状態の出現は、アドミタンス測定を通じて実験的に観察されます。 一例として、ワイヤレス電力伝送はコーナー状態間、およびバルク状態とコーナー状態間で実行されます。 提案された構成は、呼吸カゴメ格子のトポロジカル特性を調査するだけでなく、選択的ワイヤレス電力伝送の代替メカニズムを調査するための有望なプラットフォームです。

物質のトポロジカル相は波動伝播において魅力的な特性を持っており、エレクトロニクス 1、2、フォトニクス 3、4、5、6、7、音響学 8、9、10 から力学 11、12、13 に至る技術に革命をもたらすと期待されています。 バルク境界対応によれば、従来の d 次元トポロジカル絶縁体は (d-1) 次元境界状態をサポートします 1,2。 一方、最近発見された高次トポロジカル絶縁体 (HOTI) は、(d-2) 次元の境界状態をサポートできます 14、15、16。 たとえば、2 次元システムの場合、0 次元のコーナー状態が現れることがあります。 HOTI のコーナー状態は、さまざまな物理プラットフォームで実験的に観察されています 17、18、19、20。 さらに、HOTI に関する研究は、線形から非線形 21、22、23、24、実次元から合成次元 25、エルミート系から非エルミート系 26 まで、活発な研究分野です。

高次のトポロジカルコーナー状態をサポートする基本格子の 1 つは、呼吸カゴメ格子です 27。 従来、HOTI のトポロジカルコーナー状態は正方形および立方格子で研究されてきました 14,15,16。 一方、呼吸カゴメ格子は三角格子をベースにしており、３つの三角コーナーに３つのコーナー状態が観測される27。 呼吸するカゴメ格子のさまざまな物理的プラットフォームや、フォトニクス 28、電磁気学 29、音響学 30,31、電気回路 32,33 などの分野でのトポロジカルコーナー状態の実験的観察についての報告がなされています。 これらのシステムでは、格子内のセル間およびセル内の結合を適切に調整することでトポロジカル位相を取得できます。 HOTI の従来の設計は格子形状に依存しています。 しかし、このような固定された幾何学形状では、トポロジカル位相を柔軟に制御することは困難です。

一方、物質のトポロジカル相の応用分野として注目されているのが無線電力伝送である。 トポロジカル絶縁体のアナロジーに基づくワイヤレス電力伝送は、1 次元システムで実証されています 34、35、36、37。 結合された LC 共振器で構成される Harper および SSH チェーンがデモンストレーションに利用されました。 エネルギーは 1 次元 LC 共振器チェーンの端に局在します。 トポロジカルエッジ状態を使用して、方向制御と高効率電力伝送が実証されています。 ただし、2 次元 HOTI システムにおけるワイヤレス電力伝送機能はまだ実証されていません。 2 次元構成でのワイヤレス電力伝送は、壁やテーブルを介してモバイル デバイスを充電するなどの用途に期待されています。