声~二维声黑洞有限板带的衰减带分裂

文摘   2025-01-15 21:00   江苏  



摘要


声黑洞(ABH)晶格是通过轻量化设计实现带隙(BGs)的有效途径。使用无限大周期结构的预测BGs通常被认为可以实现相应的衰减带(ABs),即使该结构仅包含有限数量的单位细胞。本文报道了具有二维(2D) ABs的有限板带材ABs中出现的一种不寻常的分裂现象。由BG预测的宽AB在由高共振峰分隔的有限带中分裂为两个AB,这挑战了前面的普遍看法。结果表明,周期晶胞数的增加对共振峰的频率和幅度的影响可以忽略不计。通过研究具有相同二维ABHs的无限周期板带和有限周期板带的BGs和ABs之间的关系,阐明了其潜在的机制。复波数分析结果表明,由于带材宽度有限,在考虑的频率范围内存在两种弯曲波模态。当两个波模都不能传播时,发现了两种类型的bg,其中一种满足布拉格条件。对结构模态的分析进一步揭示了出现AB分裂的物理原因:二维ABHs条带的边界部分有一定的固有频率落入理论BG。由于边界反射和能量集中,该结构部分可以粗略地视为无夹紧板带。结果表明,通过破坏有限ABH条的结构细节,分裂AB的共振峰变得可调谐。特别是,延长有限ABH带的末端允许边界部分的变化,这有利于消除分裂峰。本文的研究对具有宽带衰减带隙的有限周期结构的设计具有一定的指导意义

研究亮点


结论


通过分析无限周期ABH板带的BG和有限周期ABH板带的透射率,本文说明了在这种有限带结构的ABs中存在一种不寻常的分裂现象。本征模态分析表明,在考虑的频率范围内,由于带的宽度有限,两种类型的弯曲波模态被启用。当两种波模式都无法传播时,就会产生bg。因此,由于难以同时保证两种弯曲波的两种BGs之间的精确耦合,因此通过耦合局部共振和Bragg BGs来实现超宽连续AB的策略受到了挑战。

所揭示的AB分裂现象,伴随着高能量传输峰的出现,破坏了BG预测的有限尺寸条带中的宽带和连续AB,这些AB通常被认为与从相应的无限对应物的波段分析中得到的BG一致。复波数分析表明存在两种BGs,其中一种满足Bragg条件。通过仔细研究有限ABH带的共振模式特征,结果揭示了AB分裂的潜在机制:在BG预测的AB内出现的共振峰是有限带边界部分的固有频率落入相应BG的结果。所谓边界部分显然取决于结构细节,因此,它是不切实际的消除共振峰仅通过增加周期单元的数量。

分析结果证实,在实际应用中,从几何上破坏有限周期ABH板带的周期性和对称性是克服AB劈裂挑战的有效途径,从而真正实现宽且连续的AB。

特别是,正如本工作所证实的那样,通过延长不同的末端,在考虑的有限ABH带中出现的分裂峰将会减少甚至消除。本工作提供了对有限结构中BG区劈裂峰形成机制的理解,并允许在实际设计中避免这种现象的发生,以实现宽带能量衰减。

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