Abstract Frontier investigations on a contemporary family of materials comprise a new class of topological materials that have been discovered in three dimensional (3D) semimetallic crystals. Beyond already unconventional topological quasiparticles in Dirac and Weyl semimetals, nodal-line semimetals provide an even richer platform encompassing robust band-touching manifolds and exotic transport properties. Classical configurations including artificial crystals have emerged as popular systems not only to replicate these new properties in wave-based scenarios, but particularly also to ease experimental complexities of electronic systems and to permit topological tuning via variable geometrical designs. Sonic crystals are one of such example, in which dissimilar fluid or rigid inclusions or channels are combined to tailor the acoustic material response at will. Here, we design a cubic lattice of guiding channels allowing us to map topological characteristics of quasi-particles excitations to audible sound properties. Simply by varying the cross section of these channels, we bring forward multiple phase transitions among four different interlaced nodal features, which resemble the knitting of 3D Bloch-bulk bands in momentum space. One nodal attribute appears to feature an acoustic version of directional massless Dirac fermions, which is experimentally characterized and displays linear crossing in one direction and flat bands in the perpendicular one, enabling strongly focused and collimated sound beams, thanks to this peculiar dispersion.

中文翻译：

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在人造声波半金属中编织拓扑带和准直

摘要 对当代材料家族的前沿研究包括在三维 (3D) 半金属晶体中发现的一类新拓扑材料。除了 Dirac 和 Weyl 半金属中已经非常规的拓扑准粒子，节点线半金属提供了一个更丰富的平台，包括强大的带接触流形和奇异的传输特性。包括人造晶体在内的经典配置已经成为流行的系统，不仅可以在基于波的场景中复制这些新特性，而且还可以减轻电子系统的实验复杂性，并允许通过可变几何设计进行拓扑调整。声波晶体就是这样的例子之一，其中不同的流体或刚性夹杂物或通道被组合以随意定制声学材料响应。在这里，我们设计了一个立方晶格的引导通道，使我们能够将准粒子激发的拓扑特征映射到可听声音特性。简单地通过改变这些通道的横截面，我们在四个不同的交错节点特征之间提出了多个相变，这类似于动量空间中 3D Bloch-bulk 带的编织。一个节点属性似乎具有定向无质量狄拉克费米子的声学版本，经过实验表征，在一个方向上显示线性交叉，在垂直方向上显示平坦带，由于这种特殊的分散，能够产生强烈聚焦和准直的声束。我们设计了一个立方晶格的引导通道，使我们能够将准粒子激发的拓扑特征映射到可听声音特性。简单地通过改变这些通道的横截面，我们在四个不同的交错节点特征之间提出了多个相变，这类似于动量空间中 3D Bloch-bulk 带的编织。一个节点属性似乎具有定向无质量狄拉克费米子的声学版本，经过实验表征，在一个方向上显示线性交叉，在垂直方向上显示平坦带，由于这种特殊的分散，能够产生强烈聚焦和准直的声束。我们设计了一个立方晶格的引导通道，使我们能够将准粒子激发的拓扑特征映射到可听声音特性。简单地通过改变这些通道的横截面，我们在四个不同的交错节点特征之间提出了多个相变，这类似于动量空间中 3D Bloch-bulk 带的编织。一个节点属性似乎具有定向无质量狄拉克费米子的声学版本，经过实验表征，在一个方向上显示线性交叉，在垂直方向上显示平坦带，由于这种特殊的分散，能够产生强烈聚焦和准直的声束。我们在四个不同的交错节点特征之间提出了多个相变，这类似于动量空间中 3D Bloch-bulk 带的编织。一个节点属性似乎具有定向无质量狄拉克费米子的声学版本，经过实验表征，在一个方向上显示线性交叉，在垂直方向上显示平坦带，由于这种特殊的分散，能够产生强烈聚焦和准直的声束。我们在四个不同的交错节点特征之间提出了多个相变，这类似于动量空间中 3D Bloch-bulk 带的编织。一个节点属性似乎具有定向无质量狄拉克费米子的声学版本，经过实验表征，在一个方向上显示线性交叉，在垂直方向上显示平坦带，由于这种特殊的分散，能够产生强烈聚焦和准直的声束。