ナノスケールデバイス：オンチップのトポロジカルナノ電気機械メタマテリアルの実験的実現

安定な物理チャネルを通した導波は、確実な情報輸送に不可欠である。しかし、信号処理応用など高周波機械系におけるエネルギー輸送は、後方散乱や損失のため欠陥や鋭い屈曲部の影響を特に受けやすい。凝縮物質系のトポロジカル現象では、欠陥の影響を受けないことや一方向性のエネルギー伝搬が明らかになっている。トポロジカル機械メタマテリアルでは、こうした特性を古典系へ移して、フォノンエネルギーを効率よく輸送する。これまでトポロジカル音響メタマテリアルやトポロジカル機械メタマテリアルは、振り子のアレイ、ジャイロスコープ格子、構造化した板、そしてロッドや缶などの音波散乱体として働く構造体のアレイなど、大規模な系でしか実現されていなかった。デバイスへの応用においてトポロジカル機械系の潜在能力を発揮させるには、高周波輸送のためにオンチップレベルにまで縮小する必要がある。本論文では、高周波（10〜20 MHz）で動作する自立した窒化ケイ素ナノ膜の二次元アレイで構成されるトポロジカルナノ電気機械メタマテリアルを実験的に実現したことを報告する。我々は、エッジ状態の存在を実験的に実証し、エッジ状態の局在性とディラックコーン型の周波数分散の特性を明らかにする。さらに、今回のトポロジカル導波路は、導波路のひずみと擬スピン依存輸送に対してもロバストである。今回実現されたオンチップ集積化音響部品は、高周波信号処理用途の一方向性導波路や小型の遅延線に使用できる可能性がある。

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