工学：能動メタマテリアルにおける非相反トポロジカルソリトン

タンパク質モチーフからブラックホールまで、トポロジカルソリトンは、ロバストで外場によって駆動できる広範な非線形励起である。これまで、既存の駆動機構の全てが、ソリトンと反ソリトンを反対方向に加速している。今回我々は、ソリトンと反ソリトンの両方を同じ方向に加速、すなわち非相反的に駆動するソリトンの局所駆動機構を提示する。我々はこの機構を実現するために、双安定ポテンシャルに支配される非相反的に結合した振動子からなる能動機械メタマテリアルを構築した。そして、このような非線形性が、非相反励起（通常は不安定な、いわゆる非エルミート表皮波）を誘導して、ロバストな一方向（反）ソリトンにすることを見いだした。我々は、一方向情報の伝送とフィルタリングが可能な能動導波路を構築することにより、こうした非相反トポロジカルソリトンを利用した。さらに我々は、反ソリトンのみが駆動される「超対称性」の破れを示す別の種類のメタマテリアルにおいて、この機構を例示する。今回の観測結果とモデルは、ソリトンが材料を局所的にひずませることによってそれ自体の駆動力を生み出す、非相反性とトポロジカルソリトンの間の微妙な相互作用を実証している。非相反ソリトンは、今回の研究の範囲を超えて、ロボット運動の効率的な駆動機構になる可能性があるとともに、例えば、量子力学、光学、ソフトマターなどの他の状況においても出現する可能性がある。

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