科學家揭示熱的局域和非局域拓撲模式

作者：小柯機器人 發布時間：2024/8/22 16:08:28

本期文章：《美國科學院院刊》：Online/在線發表

近日，新加坡國立大學的Cheng-Wei Qiu及其研究小組與哈爾濱工業大學的李天龍等人合作并取得一項新進展。經過不懈努力，他們揭示熱的局域和非局域拓撲模式。相關研究成果已于2024年8月20日在國際知名學術期刊《美國科學院院刊》上發表。

該研究團隊提出在擴散中增加一個實空間維度，系統的特征值從“虛數”轉變為“實數”。通過精心設計具有耦合網絡的有效哈密頓量，研究人員在熱傳遞中實現了局域和非局域拓撲模式。活躍熱晶格中的模擬和實驗驗證了所提出理論策略的有效性。這種方法可應用于在擴散系統中建立各種拓撲晶格，為在動態擴散場景中工程化拓撲保護邊緣態提供了見解。

據悉，拓撲物理學激發了對光子、聲學和機械系統中拓撲格子的深入研究，催生了在傳統設置中無法實現的反常效應。繼這些在經典波動動力學中的努力取得成功之后，人們越來越有興趣在擴散領域建立其拓撲對應物。

附：英文原文

Title: Localized and delocalized topological modes of heat

Author: Li, Jiaxin, Xu, Chengxin, Xu, Zifu, Xu, Guoqiang, Yang, Shuihua, Liu, Kaipeng, Chen, Jianfeng, Li, Tianlong, Qiu, Cheng-Wei

Issue&Volume: 2024-8-20

Abstract: The topological physics has sparked intensive investigations into topological lattices in photonic, acoustic, and mechanical systems, powering counterintuitive effects otherwise inaccessible with usual settings. Following the success of these endeavors in classical wave dynamics, there has been a growing interest in establishing their topological counterparts in diffusion. Here, we propose an additional real-space dimension in diffusion, and the system eigenvalues are transformed from “imaginary” to “real.” By judiciously tailoring the effective Hamiltonian with coupling networks, localized and delocalized topological modes are realized in heat transfer. Simulations and experiments in active thermal lattices validate the effectiveness of the proposed theoretical strategy. This approach can be applied to establish various topological lattices in diffusion systems, offering insights into engineering topologically protected edge states in dynamic diffusive scenarios.

DOI: 10.1073/pnas.2408843121

Source: https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2408843121

期刊信息

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