近日，上海科技大学物质科学与技术学院光子科学与凝聚态物理研究部潘义明教授 LiFE(光和自由电子)课题组与安徽理工大学吴宏伟教授课题组合作开展研究，在声学波导系统中提出一种动态非绝热的Floquet-Thouless泵浦过程。理论分析和实验测量发现，在周期性驱动的系统中声波脉冲可以借助于p模式而突破绝热演化条件实现非绝热的拓扑泵浦。他们的研究可能为声学信号和信息的拓扑传输开辟新途径。研究结果发表于国际学术期刊Physical Review B（《物理评论B》）。与绝热演化相比，该研究还发现了非绝热演化由于绝热调制与Floquet调制共同作用产生了新的高频泵浦通道，有望实现宽带、快速泵浦声波信号等方面。
拓扑泵浦是一种受拓扑保护的传输过程，在不同物理系统中展现了广泛的应用，如对能量、电荷以及自旋的传输现象。然而，由于传统的拓扑泵浦效应需要满足绝热条件而不能有效地实现信息传输。为了突破绝热演化条件实现非绝热泵浦效应，这项研究在声学波导体系，通过构造Floquet Rice-Mele模型实现了声波的非绝热拓扑泵浦的新物理现象。在该工作中，研究人员在系统中输入一个声波脉冲，如图1所示，通过实验实际观察了脉冲信号发生泵浦转移过程中在真实时间上和传输路径上的变化，进而直接证实周期驱动系统的反常拓扑不变性质和信号的非绝热演化行为。这种声波信号的非绝热拓扑泵浦现象可能为拓扑泵浦理论提供新的范式，也可为设计片上先进声学器件提供新的设计途径。
图1: a 声学波导系统的样品示意图，b声波脉冲信号在不同时间的演化仿真，c实验测量的输入端和出射端声波脉冲信号。
为了理解Floquet-Thouless非绝热泵浦过程的物理机理，研究人员计算了不同驱动周期下声波在系统中的非绝热演化过程，研究发现打破绝热演化条件的关键因素是周期驱动产生的p模式的形成。换句话说，由于绝热调制与驱动调制之间产生了频率调制行为，进而使入射声波在波导系统中传播的振荡加剧，产生非绝热的泵浦效应。在透射谱上表现为，对于非绝热泵浦过程在高频部分出现了明显的透射峰，如图2所示。
图2：a不同波导长度下的声波透射率，b周期驱动系统中声学非绝热泵浦结果，c非驱动系统中声学绝热泵浦结果