近日，《物理评论快报》（Physical Review Letters）在线发表了同济大学物理科学与工程学院声学研究所祝捷教授团队的研究论文“Realization of merged topological corner states in the continuum in the acoustic crystals”。传统上，波的局域化是通过在连续谱之外创建束缚模式或在其中引入共振模式来实现的。连续谱中的束缚态（BICs）是嵌入在连续谱中却不与扩展态耦合的局域态，具有理论上无限大的品质因数。虽然BICs在多个物理系统中已有广泛研究，但针对连续谱中的拓扑束缚态（TBICs），尤其是合并的TBICs的研究仍然相对匮乏。该工作通过镜像堆叠的空间配置和引入合成维度的调控手段，构建了一个双层声学晶体，成功实现了连续谱中合并的拓扑角态（MTCICs），并观测到MTCIC相比于孤立TBIC在能量局域化和高Q品质因子等方面的显著优势。这一发现为开发低损耗、高灵敏度的高品质声学器件提供了新的可能性。
TBIC模态的构建和调控通常依赖于特定的起源机制，在理论层面，该论文通过考虑支持构造TBIC的两种不同路径，提出了一种全新的构建合并拓扑束缚态的框架(图1(a))。从紧束缚模型(图1(b))出发，基于二维广义Aubry-André-Harper模型的单层结构，通过调节物理参数引入的额外合成维度，形成三维合成空间中的连续谱拓扑角态。在此基础上，通过镜像对称堆叠两层相同结构，利用层间耦合的精准调节，使双层系统的两个解耦子空间能谱在连续谱中交叠而不发生杂化，成功实现了连续谱中拓扑角态的合并(图1(c))。在声学仿真中，团队精心设计并制作了双层声学腔系统，并探究了TBIC发生合并的演化过程(图1(d))。实验结果表明，合并后的MTCIC与孤立的TBIC相比，MTCIC展现出更高的空间局域性和频域鲁棒性，见图2。这不仅体现了拓扑态合并的物理特性，为未来在声学、光学以及其他波动系统中实现高效拓扑模式控制提供了重要启示，也为实现更高效的声学信号控制和能量传递提供了实践基础。
图1(a)MTCIC构造原理示意图(b)紧束缚模型的双层结构原胞示意图(c)开放边界条件下数值计算的本征能谱(d)本征频谱随层间耦合管截面宽度的演化过程
图2(a)样品实物图(b)不同模态的实测频响和空间衰减(c)不同模态的声能分布
博士研究生郭佳敏为论文第一作者，祝捷教授和顾仲明助理教授为论文共同通讯作者，同济大学物理科学与工程学院声学研究所为论文唯一通讯单位。该研究工作获得了国家自然科学基金、重点研发计划、上海市科委项目和中央高校基本科研业务费的支持。
