拓扑波传播的模态分解方法
摘要：拓扑保护波传播的特性通常是通过基元晶胞的能带结构预测的，利用Berry曲率预测局部界面或边界态（以及它们的局部化程度），并利用色散关系预测传播群速度。然而，实际系统具有有限的尺寸，并且由傅里叶不确定性原理保证的有限带宽激发。因此，理想无限系统在给定频率下的预测动态与跨越有限带宽的实际拓扑系统偏离。在这项工作中，我们证明了山谷霍尔系统中传播的拓扑波可以使用底层线性退化模态基础进行解释。我们显示，只有一个接近准确相位差分的小的子集组成了拓扑波，这使得能够构建准确捕捉拓扑波的解析降阶模型。这一结果与模态谱在拓扑能隙内的稀疏密度有关，该稀疏密度允许能量几乎完全由一狭窄带宽的空间上局部化在域边界上的谱隔离的特征模态携带。随后，利用该发现，通过将每个活动模式与描述半无限系统的超单元色散图中相应的能带位置匹配，可以预测传播的拓扑波相对于输入信号带宽和频率的真实群速度。此外，我们证明了通过利用阻尼模态谱来表征拓扑波群速度变化和预测从边缘到体内的过渡，尤其是阻尼拓扑波可以在模态叠加的框架内进行研究。
作者：Joshua R Tempelman, Alexander F Vakakis, Kathryn H Matlack
论文ID：2210.11665
分类：Applied Physics
分类简称：physics.app-ph
提交时间：2023-01-25