2023年5月16号，课题组在Applied Physics Letters发表了一项创新研究成果，首次在实验上实现了对人工表面波声学斯格明子矢量场构型的局域化调控。研究团队从理论和实验上证明了在深亚波长三维多层圆柱形结构中，利用梯度槽可以局部操纵奈尔型斯格明子矢量场的位形。我们通过实验观察到，通过调节沿结构半径的凹槽深度梯度，可以收缩或扩展Skyrmionic模来操纵速度矢量的分布，这对结构变形和缺陷是健壮的。这种类型的可控声学天幕为紧凑型结构中的高级声音信息处理、传输和数据存储提供了新的维度。
斯格明子作为一种具有稳定二维矢量场构型的拓扑准粒子，已在磁学、光学等领域展现出巨大的应用潜力。然而，在声学体系中实现斯格明子，尤其是对其矢量场进行局域化精确操控，一直面临挑战。传统的声学斯格明子晶格通常需要高度对称的结构和严格的外部激发条件，难以实现局域化调控。本研究创新性地提出了一种深亚波长三维同心圆柱结构，通过在径向引入凹槽深度梯度，巧妙地调控了沿径向传播的人工表面声波的干涉行为，从而实现了对斯格明子速度矢量分布的“收缩”与“扩展”操纵。
声速场形成的Skyrmionic模式的结构示意图和模拟结果
该项工作首次理论提出并实验验证了基于深亚波长梯度结构的局域可控声学斯格明子。通过简单地调控凹槽深度梯度，即可实现对斯格明子矢量场分布的精确“裁剪”。这种调控能力，结合其固有的拓扑保护特性，使得该体系在声学镊子、高鲁棒性声学信息存储与处理等方面具有巨大的应用潜力。研究者指出，类似的原理也可通过多层金属环结构推广至微波波段，为实现光学斯格明子的调控提供新思路。