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【資訊】非互易耦合的振蕩器-超材料 | Nature

更新時(shí)間：2025-01-24

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　　從蛋白質(zhì)基序motifs到黑洞，拓?fù)涔伦觮opological solitons是普遍存在的非線性激發(fā)，是魯棒的，并且可以由外場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。到目前為止，現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)機(jī)制都是以相反的方向加速孤子和反孤子。

　　2024年度，荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)(Universiteit van Amsterdam)Jonas Veenstra，Corentin Coulais等，在Nature上發(fā)文，報(bào)道了孤子的局域驅(qū)動(dòng)機(jī)制，在同一方向上，加速了孤子和反孤子：非互易驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)這一機(jī)制，構(gòu)建了一種有源力學(xué)超材料mechanical metamaterial ，該材料由非互易耦合的振蕩器組成，并受到雙穩(wěn)勢(shì)的影響。

　　研究發(fā)現(xiàn)，這種非線性使非互易激發(fā)——所謂的非厄米皮波，通常是不穩(wěn)定的——變成魯棒的單向(反)孤子。通過構(gòu)造傳輸和過濾單向信息的有源波導(dǎo)，利用這種非互易拓?fù)涔伦印?/p>

　　在另一類超材料中，說明了這一機(jī)制，顯示了“超對(duì)稱性" 破缺只導(dǎo)致反孤子被驅(qū)動(dòng)。這一觀察和模型證明了，非互易性和拓?fù)涔伦又g微妙的相互作用，其中孤子通過局部應(yīng)變材料產(chǎn)生自驅(qū)動(dòng)力。

　　Non-reciprocal topological solitons in active metamaterials.在有源超材料中的非互易拓?fù)涔伦?/p>

　　圖1: 非互易拓?fù)涔伦印D1c所示的有源機(jī)械波導(dǎo)，主要由50個(gè)3D打印的旋轉(zhuǎn)臂(轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I=6.2±1.0×10E-6kgm2)組成

　　這些旋轉(zhuǎn)臂通過橡皮筋彈性耦合，并以晶格間距a=6cm定位。旋轉(zhuǎn)臂與直流轉(zhuǎn)矩電機(jī)機(jī)械耦合，該電機(jī)配備有角度解碼器和微控制器，該微控制器與相鄰單元通信，以產(chǎn)生外部轉(zhuǎn)矩。

　　圖2: 孤子和反孤子沿同一方向傳播。

　　圖3: 孤子和反孤子的獨(dú)立控制。

　　圖4: 在Kane–Lubensky鏈中的非互易孤子。

　　在這一研究范圍之外，非互易孤子，為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)提供有效的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，并出現(xiàn)在其他環(huán)境中，例如，量子力學(xué)，光學(xué)和軟物質(zhì)。

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　　參考文獻(xiàn)：中國光學(xué)期刊網(wǎng)

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