超広帯域ギャップを持つ3-Dフォノニッククリスタル

本論文では、勾配ベースのトポロジー最適化（TO）を用いて、超広帯域正規化全角度全モードバンドギャップを示す3-Dフォノニック構造を発見します。繰り返しの3-Dフォノニックバンド構造評価という難しい計算タスクは、高速な混合変分固有値ソルバーと分散型グラフィックプロセッシングユニット（GPU）並列計算の組合せによって実現されます。TOアルゴリズムは、材料分布ベースのアプローチおよび勾配ベースの最適化手法を利用します。混合変分固有値問題の設計感度は、随伴法を使用して導出され、高度に効率的なベクトル化技術を通じて実装されます。2種類の材料からなる単純立方体（SC）、体心立方体（BCC）、および面心立方体（FCC）結晶構造の最適化結果を示し、これらの各ケースにおいて、異なる初期デザインがそれぞれの原始セル内で単一包含ネットワークトポロジーに収束することを示します。最適化結果は、バルク波伝播のための大きなフォノニックストップバンドが、凝縮球形状よりも低い状態で達成可能であることを示し、より軽量なユニットセルをもたらすことができます。タングステンカーバイド - エポキシ結晶の場合、100%を超える全角度全モードの正規化ストップバンドを特定し、これは単なる球形包含物だけでは達成できないことを示します。