從蛋白質(zhì)基序motifs到黑洞，拓撲孤子topological solitons是普遍存在的非線性激發(fā)，是魯棒的，并且可以由外場驅(qū)動。到目前為止，現(xiàn)有的驅(qū)動機制都是以相反的方向加速孤子和反孤子。
2024年度，荷蘭 阿姆斯特丹大學(Universiteit van Amsterdam)Jonas Veenstra，Corentin Coulais等，在Nature上發(fā)文，報道了孤子的局域驅(qū)動機制，在同一方向上，加速了孤子和反孤子：非互易驅(qū)動。為了實現(xiàn)這一機制，構(gòu)建了一種有源力學超材料mechanical metamaterial ，該材料由非互易耦合的振蕩器組成，并受到雙穩(wěn)勢的影響。
研究發(fā)現(xiàn)，這種非線性使非互易激發(fā)——所謂的非厄米皮波，通常是不穩(wěn)定的——變成魯棒的單向(反)孤子。通過構(gòu)造傳輸和過濾單向信息的有源波導，利用這種非互易拓撲孤子。
在另一類超材料中，說明了這一機制，顯示了“超對稱性" 破缺只導致反孤子被驅(qū)動。這一觀察和模型證明了，非互易性和拓撲孤子之間微妙的相互作用，其中孤子通過局部應(yīng)變材料產(chǎn)生自驅(qū)動力。
Non-reciprocal topological solitons in active metamaterials.在有源超材料中的非互易拓撲孤子
圖1: 非互易拓撲孤子。圖1c所示的有源機械波導，主要由50個3D打印的旋轉(zhuǎn)臂(轉(zhuǎn)動慣量I=6.2±1.0×10E-6kgm2)組成
這些旋轉(zhuǎn)臂通過橡皮筋彈性耦合，并以晶格間距a=6cm定位。旋轉(zhuǎn)臂與直流轉(zhuǎn)矩電機機械耦合，該電機配備有角度解碼器和微控制器，該微控制器與相鄰單元通信，以產(chǎn)生外部轉(zhuǎn)矩。
圖2: 孤子和反孤子沿同一方向傳播。
圖3: 孤子和反孤子的獨立控制。
圖4: 在Kane–Lubensky鏈中的非互易孤子。
在這一研究范圍之外，非互易孤子，為機器人運動提供有效的驅(qū)動機制，并出現(xiàn)在其他環(huán)境中，例如，量子力學，光學和軟物質(zhì)。
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參考文獻： 中國光學期刊網(wǎng)
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