本工作得到“两江科学评论”的报道：公众号文章链接
导读
近年来拓扑声学作为一门新兴的研究领域，得到了广泛的关注。拓扑声学通过研究拓扑材料的性质来实现对声波的高效调控，为实现各种复杂的声学功能提供了新思路。声子晶体是一种人造周期性结构材料，它对声波的传播具有特殊的控制特性。Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型在声学上被用于研究一维声子晶体或声学波导等声学结构中的声波传播和拓扑边界态。近日，研究人员开发了一种拓扑通风声学开关（TVSS），在将TVSS切换到开放状态后，输出声压增加约20dB，它可以实现特定频率的声波传输切换，同时保持通风（风速大约为85％）。其机理是通过开发一种基于一维声子晶体和SSH模型的三明治人工结构，通过在结构中插入一个拓扑单元，可以实现TVSS在声音上的开放和关闭状态切换，而其通风性能几乎不受影响。可用于需要特定频率声音传输和通风的声学工程领域。该工作由重庆大学软凝聚态物理及智能材料研究重庆市重点实验室与香港科技大学（广州）先进材料学域合作完成，发表于应用物理重要期刊《Applied Physics Letters》，李沁泓为第一作者，重庆大学黄映洲教授、香港科技大学（广州）吴肖肖助理教授为共同通讯作者。
创新研究
近年来，研究人员在拓扑对波的调控中，发现了许多新奇的现象。在实际应用中，则需要考虑更多问题，例如拓扑结构的通风属性，或者将拓扑声学开关同通风结合起来，因此，我们需要一种置于工作环境中不会影响通风，甚至本身就可以通风，但可以透过特定频率声波的拓扑声学开关。
在本研究中，我们提出了一种基于一维声子晶体和SSH模型的三明治式人造结构。通过在设计中嵌入一个拓扑单元，我们能够实现TVSS在开放和关闭状态之间的声音传播切换，同时保持其通风性能基本不变。对于其开关性能以及结构示意图，可以在图1中看到，同时视频1直观演示了本开关的工作效果。图1(a)（b）是对应打开和关闭状态的设计结构图，它们只有最中间的单元不同。图1（c）（d）为对应拓扑带结构。声学开关在打开状态下，在带隙中出现了两个拓扑界面态。图2 (a)是实验装置的实物图片 (b)和(c)是考虑热粘性损耗的情况下声子晶体的模拟声波透射谱线图。关闭状态下的目标频带（500-700Hz，图中透明蓝色区域）透射率几乎接近于0，打开状态下在目标频带里则出现了两个特征频率透射峰，它们对应的特征频率与拓扑界面态的特征频率相同。 (d)和(e)声子晶体的实验声波透射谱线图。它与模拟透射相似，但我们的样品的几何差异（打印误差）使峰的位置有偏差，同时热粘性损耗增大导致峰值有所降低。（e）为对应透射频率处声压比较。图3(a) 是TVSS示意图。我们通过改变三个颈部开口的直径来实现从A单元到中间部分B单元的转变。 (b) 和（d）是两版不同的TVSS，差别在于（d）图中的TVSS切换处留有公差。 (c) TVSS Ver.1的实验声音传输。打开状态下的通风峰值声子晶体类似，只是偏低。 (e) 有公差TVSS的实验声音传输。在没有胶带的情况下，峰值几乎消失，我们在TVSS Ver.2上贴上胶带后，峰值重新出现，说明了TVSS需要很好的密闭性。 (f) 测量通风比例时的实验设置。在结构的进口前有一个电风扇，我们在出口处测量空气流速。 (g) TVSS的空气通风。水平轴显示TVSS处于关闭状态时的空气流速，垂直轴显示我们将TVSS切换到开放状态时的空气流速。黑色散点为实验结果，红线为线性拟合。它非常接近黑色虚线参考线y= x。结果表明，无论TVSS是开启还是关闭，通风性能几乎不受影响。
研究内容
(见公众号报道)
视频1 通风超材料吸收器的效果展示。
图1 (a)和(b)管状声子晶体的示意图。(a)由5个单元A组成 (b)用单元B取代管状声子晶体中间的单元A(c) AAAAA的拓扑带结构。(d) AABAA的拓扑带结构。
图2 (a)实验装置的实物图片。(b)和(c)考虑热粘性损耗的情况下声子晶体的模拟声波透射谱线图。 (d)和(e)声子晶体的实验声波透射谱线图。（f）打开和关闭状态下特征频率处的声压对比。
图3 (a) TVSS示意图。 (b) TVSS的Ver.1。拓扑插入单元和普通包层之间没有间隙。 (c) TVSS Ver.1的实验声音传输（散射）。 (d) TVSS Ver.2的示意图。 (e) TVSS Ver.2的实验声音传输（散射）。 (f) 测量通风比例时的实验设置。 (g) TVSS的空气通风。
总结
本研究设计并实验了一种基于声学Su-Schrieffer-Heeger模型的拓扑通风声学开关，可以实现声波的可切换传输，同时保持通风。该开关由一维声子晶体组成，可用于需要特定频率声音传输和通风的声学工程领域。该开关在基于超材料和声子晶体的声衰减系统的开发中具有潜在应用。研究人员开发了一种三明治结构的拓扑通风声学开关(TVSS)，可以在特定频率上实现按需传输。TVSS基于一维声子晶体和声学SSH模型，可以通过插入一个拓扑单元单元将其在声音上切换为开放和关闭状态。在将TVSS切换到开放状态后，输出声压增加约20 dB，而其通风性能几乎不受影响。TVSS可用于需要稳定通风和可调声音传输的应用中。重庆大学研究生李沁泓为本工作第一作者，重庆大学软凝聚态物理及智能材料研究重庆市重点实验室黄映洲教授，香港科技大学（广州）吴肖肖助理教授，为共同通讯作者。
