音響学：ワイル・フォノニック結晶における表面弾性波のトポロジカルな負の屈折

波の反射と屈折は、2つの異なる媒質の境界で起こる。境界におけるこの2つの基本的な波動現象は、光学レンズなどのさまざまな波動部品を作製する基礎となっている。古典的な屈折（以下、正の屈折とする）では、入射波から見て境界の法線の向こう側に透過波が現れる。これに対して負の屈折では、入射波から見て境界の法線の手前側に透過波が出現する。負の屈折は、理論的に予測された後、人工物質で観測され、超解像イメージングをはじめとする多くの応用分野を活性化した。通常、屈折過程では反射が不可避だが、機能性波動デバイスの設計では反射が望ましくない場合が多い。今回我々は、最近発見されたワイル半金属の弾性波版であるワイル・フォノニック結晶で起こる、トポロジカル表面波の負の屈折について報告する。このトポロジカルな負の屈折が起こる境界は、その結晶の異なるファセットを分ける一次元エッジである。ワイル・フォノニック結晶の表面終端を調節することによって、表面弾性波の等周波数線を設計して特定の境界で負の屈折が起こるようにでき、一方で、同一試料内の異なる境界では正の屈折が実現される。境界におけるよく知られた波の挙動と異なり、今回の結晶は、ワイル結晶におけるトポロジカルに保護された表面状態の特徴である開いた等周波数線を示すため、不要な反射を防ぐことができる。

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