2016年诺贝尔物理学奖颁发在拓扑相变以及拓扑资料方面做出巨大贡献的David Thouless、Duncan Haldane和Michael Kosterlitz，拓扑绝缘体中电子的受拓扑维护鸿沟态无损传输给信息通讯带来了新曙光。而近十年来，具有无反射鸿沟传输特性的拓扑鸿沟态这一概念被广泛的引进到经典波体系中，比方光波、声波和弹性波体系，完成了经典波体系中的类量子效应和单向无损传输。在二维声学体系中，依据类量子霍尔效应、类量子自旋霍尔效应、Floquet拓扑绝缘体及谷霍尔效应的一维拓扑鸿沟态被相继理论提出并试验验证。有必要留意一下的是，这些二维空间中的一维拓扑鸿沟态都存在于一阶拓扑绝缘体中，而高阶拓扑绝缘体的概念最近被提出，意味着在d维空间中，(d-n)维拓扑态将存在于n阶拓扑绝缘体中。以二阶拓扑绝缘体为例，能量会集在角落处的拓扑角态（corner state, 0维拓扑态）将存在于二维空间中，能量会集在边上的拓扑铰链态（hinge state, 1维拓扑态）将存在于三维空间中。
在声学体系中，研究人员理论上发现可经过缩短和扩展正方晶格超元胞内单元距离打破能带简并构成带隙，而且经过核算二维Zak相位，发现这两种结构别离为拓扑平凡态(trivial state)和拓扑非平凡态(nontrivial state)，那么声能量局域在角落处的拓扑角态将存在于非平凡态声子晶体的角落处。依据上述原理，南京大学物理学院声学研究所张志旺（博士研究生）、龙厚友博士、程营教授、刘晓峻教授和西班牙马德里卡洛斯三世大学Johan Christensen教授等人进一步在试验上完成了深亚波长标准、多作业频带且不受空间约束的二阶声学拓扑绝缘体，并构建一种依据高阶拓扑绝缘体的超衍射极限成像声学功用器材。
研究人员经过在硬质基底资料上打孔的方法构建正方晶格，取相邻四个孔为一个超元胞，经过缩小和扩展孔距离能够结构具有不同二维Zak相位的声子晶体。有必要留意一下的是，这种结构一起存在着三个发作拓扑相变的能带频段，而且均坐落声学线(sound line)下方，别离对应于一阶、二阶和三阶共振，所以声波将以类声学表面波(spoof surface acoustic wave)的方法传达。依据原理，角态存在于非平凡态声子晶体的角落处。研究人员仿真和测量了其间一个角落邻近拓扑角态的声场散布，发现在深亚波长二阶拓扑绝缘体中，声波被高效局域在了五十分之一波长的空间内。对缺点具有较好的鲁棒性是拓扑绝缘体的一大特色，研究人员证明这种结构对不一样的缺点都具有非常好的鲁棒性。依据这种深度亚波长标准、声场鲁棒性局域等特色，研究人员进一步测验构建了一种声学成像功用器材。这儿可经过编程操作摆放平凡结构和非平凡结构来构建所需成像结构，比方能够依照特定摆放方法构成“心”形的声学图形。研究人员在仿真核算和试验上也成功观测到了显着的“心”形图形，和理论成果共同。更重要的是，这种成像原理不光能够运用在形状成像上，还可用于较杂乱的字母成像中，比方字母“A”和“M”。
该作业将高阶拓扑绝缘体理论与新原理声学功用器材相联系，为深亚波长标准的、具有较好鲁棒性的声能控制和声学器材规划供给了新的思路。相关论文在线宣布在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201904682)上，并于当期Inside Cover做扼要介绍。
