用声波稳定搬运物体的新方法

声镊借助超声波的力学效应实现微纳米颗粒的无接触操控。在声流体领域，驻波声镊因其易于实现和芯片集成性，被广泛用于颗粒捕获和移动。但传统驻波场通常由换能器对产生，场配置简单，导致操控灵活性有限。

近年来，拓扑绝缘体作为一种新型人工结构，在声波传播调控方面展现出卓越能力，其拓扑保护界面态能在体带隙内沿界面传播，几乎无散射和耗散。本研究基于谷霍尔拓扑绝缘体中的谷态驻波，实现了动态拓扑声镊。该拓扑界面支持局域驻波场，能将颗粒有效捕获在声压波腹处。通过对入射波的精确相位调制，可使这些压力波腹连续位移，从而实现颗粒的稳定迁移，并展现出对尖角、缺陷空洞的优异鲁棒性以及智能路径选择输运和循环能力。

实验中，研究人员构建了二维声子晶体异质结构，由旋转角度相反（±10°）的等边三角形钢柱组成，在界面处形成谷-陈数保护的界面态。模拟和实验均证实，在441-492 kHz的带隙内，该拓扑保护通道可有效用于拓扑声镊和稳健的质量输运。在直拓扑通道中，利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）颗粒验证了颗粒输运，通过改变相位差，颗粒沿界面附近的分段线性轨迹移动，且输运过程可逆。

为研究拓扑镊子对缺陷的鲁棒性，构建了含拐角缺陷和空洞缺陷的拓扑波导。结果表明，颗粒能在含拐角的拓扑波导中顺利穿越拐角，实现长距离稳健输运；而传统声子晶体波导则无法实现定向输运。在含空洞缺陷的拓扑波导中，颗粒能绕过缺陷区域，短暂偏离界面后迅速返回并继续输运。此外，通过在不同端口切换激发，实现了颗粒在三个端口间的循环输运，构建了拓扑质量循环器。

本研究建立了动态拓扑声场操控物体的基本原理，为声学微流控和生物医学工程应用提供了新思路，也为研究散射系统中拓扑声场的辐射力效应开辟了新途径。