新型拓扑超材料以指数级放大声波

荷兰原子分子国立研究所科学家与来自德国、新型瑞士和奥地利的拓扑伙伴合作，创造了一种新型超材料，超材声波能以前所未有的数级声波方式在其中流动。它提供了一种新的新型机械振动放大形式，具有改进传感器技术和信息处理设备的拓扑潜力。这种超材料是超材“玻色子基塔耶夫链”（Bosonic Kitaev chain）的首个例子，其特殊性质源自其拓扑材料性质。数级声波这一成果发表在3月27日《自然》杂志上。新型

“基塔耶夫链”是拓扑一个理论模型，用于描述超导材料（特别是超材纳米线）中电子的物理现象。该模型因预测纳米线末端是数级声波否存在特殊激发而闻名，即马约拉纳零能模。新型2018年，拓扑有人预测，超材玻色子基塔耶夫链将展示出天然材料或超材料一些迄今未知的行为。

玻色子基塔耶夫链实质上是一串耦合谐振器。它是一种超材料，即具有工程性质的合成材料。谐振器可被认为是材料的“原子”，它们耦合在一起的方式控制着集体超材料的行为，在这种情况下，声波沿着链条传播。

研究人员表示，耦合器的链节必须用特殊弹簧制成。他们借助光施加的力在纳米机械谐振器之间创建所需的链接，将它们耦合起来，从而创造出“光学”弹簧。研究人员调节激光强度，可以连接5个谐振器，并实现玻色子基塔耶夫链。

研究发现，这种光学耦合会放大纳米机械振动，声波（即通过阵列传播的机械振动）从一端到另一端呈指数放大，但在相反方向上振动无法传递。如果波延迟一点（如1/4振荡周期），则行为会完全相反。因此，玻色子基塔耶夫链就像一种独特类型的定向放大器，在信号操纵方面极具潜力，特别是在量子技术中。

进一步研究还证明，玻色子基塔耶夫链实际上是物质的一中新拓扑相。正如2018年预测那样，研究人员展示了超材料拓扑性质的独特实验特征：如果链闭合，它会形成一条“项链”，放大的声波在谐振器环中不断循环并达到极高强度，类似于激光中产生的强光束。