拓撲材料使電子沿著其表面和邊緣移動而不產生任何損失，使它們成為無耗散、高效率電子器件的理想材料。研究人員對使用這些材料作為晶體管特別感興趣，而晶體管是所有現代電子產品的支柱。但有一個問題：晶體管可以開關電流，但很難關閉拓撲材料中無耗散的電子流。
現在，哈佛大學的研究人員已經設計并模擬了第一個拓撲聲學晶體管——用聲波代替電子——并提出了一種連接結構來形成一個通用邏輯門，可以開關聲音流。
“自從2007年左右拓撲材料問世以來，人們對開發一種拓撲電子晶體管產生了很大的興趣，”哈佛大學物理系教授Jenny Hoffman說。“雖然我們使用的材料不會產生電子拓撲晶體管，但我們的一般設計過程適用于量子材料和光子晶體，這帶來了電子和光學等效物可能很快就會出現的希望。”
通過使用聲學拓撲絕緣體，研究人員能夠避開復雜的量子力學的電子拓撲絕緣體。
為了打開聲晶體管，到達“門”輸入的超聲波加熱并擴展基板，改變大小略有不同的柱子的兩個晶格的間距，并誘導拓撲過渡，引導聲音沿界面移動。
“聲波方程是完全可解的，這讓我們可以從數值上找到合適的材料組合，來設計一種拓撲聲波波導，加熱時打開，冷卻時關閉，”Harris Pirie說。
研究人員將蜂窩狀的鋼柱固定在高熱膨脹板上，并密封在一個密封的盒子里。格子的一半有稍大的柱子，另一半有稍小的柱子。這些柱子大小和間距的差異決定了晶格的拓撲結構，以及聲波是否可以沿著指定的通道傳播。研究人員隨后設計了第二種設備，可以將超聲波轉化為熱量。
熱使柱狀晶格膨脹，改變了波導的拓撲結構。當這兩個器件耦合在一起時，一個波導的輸出可以控制下一個波導的狀態，就像傳統晶體管中的電子可以切換其他晶體管一樣。
蜂窩晶格，可以使用SMA線圈快速膨脹，創造高熱膨脹系數
這些聲學拓撲開關是可擴展的，這意味著與厘米級超聲波頻率相同的設計也可以在亞毫米級和通常用于傳輸表面聲波的頻率上工作，這可能有助于克服集成聲子電路的局限性。
Pirie說：“拓撲保護的聲傳輸控制在許多重要領域都有應用，包括有效的降噪、單向聲傳播、超聲波成像、回聲定位、聲隱身和聲通信。”
“與量子力學系統不同，聲學超材料是直接的、有形的和直觀的。它們為凝聚態物理的前沿課題提供了一個切入點，包括拓撲絕緣體。”Hoffman說。
