Efficient generation of acoustic vortex using phononic crystals and its application to manipulation

利用声子晶体高效产生声涡旋及其在操纵中的应用

• 批准号: 17J09077
• 负责人: 金 仁基
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17J09077/
• 关键词: フォノニック結晶; トポロジカルフォノニクス; バンドトポロジー; バレーフォノニクス; 弾性波; トポロジー; トポロジカル境界状態

２次元フォノニック結晶における渦状態の実現に向けて、三角格子構造においてバレー自由度を利用する研究に取り組んだ。当初計画した２次元フォノニック結晶を用いた音波や弾性波の渦状態は、周期構造内で音波や弾性波の分散関係におけるトポロジカルな性質と関係がある。第一段階として1年度目に取り組んだ1次元フォノニック結晶におけるトポロジカルな性質を2次元構造へ拡張させ、2次元フォノニック結晶におけるトポロジカルな性質とそれによって実空間に現れる弾性波の渦状態を調べた。圧電性を持つGaAsからなるフォノニック結晶を設計すると、電極を付けるだけで弾性波を容易に励振させることができる。その結果として、GaAsからなるフォノニック結晶の単位構造を適切に設計することでバンドのトポロジカルな性質を制御し、二つの完全フォノニックバンドギャップにおいて周波数の異なる渦状態を実現するのが可能であることを見出した。これは実用性の高い連続固体構造では初めての報告であり、弾性波の渦状態に向けた基礎となる成果である。また、ワシントン大学においても、トポロジーの概念の機械系への展開について、先方の研究者と議論を重ね論文化が可能な成果の創出に大きく貢献した。なお、本年度の研究成果については、国内学会２件、国際学会１件のほか、国際学術論文誌論文１篇という形で報告している。本研究で得られた成果は博士学位論文にまとめられ、専攻学科で優秀博士論文賞を授与されるなどその業績が高く評価された。

为了实现二维语音晶体中的涡旋状态，我们从事研究三角形晶格结构中的射出自由度的研究。使用二维语音晶体的声波和弹性波的最初计划的涡旋状态与周期性结构内声波和弹性波的分散关系的拓扑特性有关。作为第一阶段，我们在第一年进行的1D语音晶体的拓扑特性被扩展到二维结构，并研究了2D Phononic晶体的拓扑特性和在实际空间中出现的弹性波的涡流状态。当设计由压电GAA制成的语音晶体时，仅通过连接电极就可以轻松地激发弹性波。结果，已经发现，通过适当地设计由GAA制成的语音晶体的单位结构，可以控制频带的拓扑特性，并在两个完美的语音带盖处实现具有不同频率的涡旋状态。这是高度实用的连续固体结构的第一个报告，也是弹性波涡流状态的基本结果。此外，在华盛顿大学，我们继续讨论并为创建结果做出了贡献，这些结果允许与其他研究人员开发有关将拓扑概念开发到机械系统中的文化研究。此外，今年的研究结果在两个国内学术社会和一个国际学术社会以及一个国际学术社会中报告。从这项研究获得的结果汇编为博士学位论文，并在专业的博士学位论文奖中授予了博士学位论文，并因其成就而受到高度赞扬。

项目成果

一次元フォノニック結晶におけるトポロジカル境界状態の単一モード性に関する検討

一维声子晶体拓扑边界态的单模性质研究

• 发表时间: 2018
• 作者: 金 仁基;荒川 泰彦;岩本 敏;金 仁基
• 通讯作者: 金 仁基

複数の完全バンドギャップを用いた弾性波のバレーフォノニック結晶の設計

多重完整带隙弹性波谷声子晶体设计

• 发表时间: 2018
• 作者: 金 仁基;荒川 泰彦;岩本 敏
• 通讯作者: 岩本 敏

Imaging of topologically protected elastic mode in silica 1D phononic crystal via photoelastic effect

• DOI: 10.23919/moc.2017.8244520
• 发表时间: 2017-11
• 期刊: 2017 22nd Microoptics Conference (MOC)
• 作者: Ingi Kim;S. Iwamoto;Y. Arakawa

Design of GaAs-based valley phononic crystals with multiple complete phononic bandgaps at ultra-high frequency

• DOI: 10.7567/1882-0786/ab0772
• 发表时间: 2019-04-01
• 期刊: APPLIED PHYSICS EXPRESS
• 影响因子: 2.3
• 作者: Kim, Ingi;Arakawa, Yasuhiko;Iwamoto, Satoshi
• 通讯作者: Iwamoto, Satoshi

Design of GaAs-based valley phononic crystals with multiple complete phononic bandgaps

具有多个完整声子带隙的GaAs基谷声子晶体的设计

• 发表时间: 2019
• 作者: Ingi Kim;Yasuhiko Arakawa;Satoshi Iwamoto
• 通讯作者: Satoshi Iwamoto