本稿では、連続体中の束縛状態(BIC)に基づいて、任意の次元系に対して多重フラットバンドを設計するための一般的な枠組みを提案している。BICは、連続スペクトル内に存在する非放射モードであり、BICをホストするユニット構造を格子状に配置すると、フラットバンドに変換される。BICを持つユニット構造は、あらゆるタイプの開いた波動系であり、格子の配置も、格子の次元によらず、任意の空間群に設定できる。このような汎用性により、高次元で縮退度の高いフラットバンドを実現することができる。
本稿では、2次元と3次元の音響結晶の具体的なモデルを2つ示しており、それぞれ4重と12重のフラットバンドをサポートしている。また、多重フラットバンドは、非縮退フラットバンドではアクセスできない、コンパクトな局在化と軌道角運動量(OAM)の再構成可能なチューニングをサポートできることを示している。これらのフラットバンドとOAMのコンパクトな局在化は、実験と数値シミュレーションの両方で検証されている。また、補足情報では、電磁界設計についても紹介している。
フラットバンド材料は、分散のないエネルギーバンドを特徴とし、コンパクトに局在化したバルク状態を特徴とする。従来のフラットバンドプラットフォーム(ねじれた二層グラフェンや人工カゴメ/リーブ格子など)は、通常、非縮退フラットバンドに焦点を当てており、軌道角運動量(OAM)の局在化を促進する可能性のある高い縮退度へのアクセスが欠けていた。本稿では、近年、フォトニクスや音響学において大きく発展した、量子論に由来する概念であるBICから、縮退度の高いフラットバンドを構築するための一般的な枠組みを提案する。フラットバンドの縮退度は、格子内の各単位胞内のBICの数によって決まる。本稿では、2次元(2D)および3次元(3D)の音響結晶において、それぞれ4重および12重の縮退を持つフラットバンドを実験的に検証した。高い縮退度は、十分な内部自由度を提供し、任意の位置、任意の方向における局在OAMの選択的励起を可能にする。本稿の結果は、BICで構築されたフラットバンドとその局在特性を探求するための道を切り開くものである。
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