<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Acoust.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Acoustics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Acoust.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2813-8082</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1615210</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/facou.2025.1615210</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Acoustics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>The acoustic Dirac equation as a model of topological insulators</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Basu et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/facou.2025.1615210">10.3389/facou.2025.1615210</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Basu</surname>
<given-names>Abhirup</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/3032613/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Runge</surname>
<given-names>Keith</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/3114166/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Deymier</surname>
<given-names>Pierre A.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>New Frontiers of Sound Science and Technology Center, The University of Arizona</institution>, <addr-line>Tucson</addr-line>, <addr-line>AZ</addr-line>, <country>United States</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>Department of Mathematics, The University of Arizona</institution>, <addr-line>Tucson</addr-line>, <addr-line>AZ</addr-line>, <country>United States</country>
</aff>
<aff id="aff3">
<sup>3</sup>
<institution>Department of Materials Science and Engineering, The University of Arizona</institution>, <addr-line>Tucson</addr-line>, <addr-line>AZ</addr-line>, <country>United States</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2202191/overview">Michael J. Leamy</ext-link>, Georgia Institute of Technology, United States</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2121674/overview">Stefano Laureti</ext-link>, University of Calabria, Italy</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/3097357/overview">Zhang, Qicheng</ext-link>, Westlake University, China</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Abhirup Basu, <email>abhirup.basu56@gmail.com</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>29</day>
<month>09</month>
<year>2025</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2025</year>
</pub-date>
<volume>3</volume>
<elocation-id>1615210</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>20</day>
<month>04</month>
<year>2025</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>29</day>
<month>08</month>
<year>2025</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2025 Basu, Runge and Deymier.</copyright-statement>
<copyright-year>2025</copyright-year>
<copyright-holder>Basu, Runge and Deymier</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>The dynamical equations of motion for a discrete, one-dimensional harmonic chain with side restoring forces are analogous to the relativistic Klein&#x2013;Gordon equation. Dirac factorization of the discrete Klein&#x2013;Gordon equation introduces two equations with time reversal (T) and parity (P) symmetry-breaking conditions. The Dirac-factored equations enable the exploration of the properties of the solutions of the dynamic equations under PT symmetry-breaking conditions. The spinor solutions of the Dirac factored equations describe two types of acoustic waves: one with a conventional topology (Berry phase equal to 0) and the other with a non-conventional topology (Berry phase of &#x3c0;). In the latter case, the acoustic wave is isomorphic to the quantum spin of an electron, also known as an &#x201c;acoustic pseudospin,&#x201d; which requires a closed path, corresponding to two Brillouin zones (BZs), to restore the original spinor. We also investigate the topology of evanescent waves supported by the Dirac-factored equations. The interface between topologically conventional and non-conventional chains exhibits topological surface states. The Dirac-factored equations of motion of the one-dimensional harmonic chain with side springs can serve as a model for the investigation of the properties of acoustic topological insulators.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>topological insulator</kwd>
<kwd>Berry phase</kwd>
<kwd>Dirac equation</kwd>
<kwd>Klein-Gordon equation</kwd>
<kwd>interface mode</kwd>
</kwd-group>
<contract-num rid="cn001">2242925</contract-num>
<contract-sponsor id="cn001">National Science Foundation<named-content content-type="fundref-id">10.13039/100000001</named-content>
</contract-sponsor>
<counts>
<page-count count="9"/>
</counts>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Acoustic Metamaterials</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>A topological insulator cannot be adiabatically transformed into an ordinary insulator without passing through an intermediate conducting state (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Qi and Zhang, 2011</xref>). While the bulk system is insulating, the surface can support conduction that is topologically protected, meaning that the surface states are insensitive to local perturbations (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Hasan and Kane, 2010</xref>). Topological insulators can exhibit quantum mechanical properties such as the quantum spin Hall (QSH) effect (<xref ref-type="bibr" rid="B16">Qi and Zhang, 2010</xref>) and the anomalous quantum Hall (QH) effect, which occurs in the absence of an external magnetic field due to the breaking of time-reversal symmetry (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Chang et al., 2023</xref>). Acoustic analogs of the QSH effect have been implemented (a) by tuning an accidental double Dirac cone in graphene-like lattices (<xref ref-type="bibr" rid="B11">He et al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Mei et al., 2016</xref>) and (b) via a BZ folding mechanism (<xref ref-type="bibr" rid="B24">Zhang et al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B23">Yves et al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B20">Xia et al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Deng et al., 2017</xref>). QH-related effects have been realized in acoustics by arranging circulating flows into periodic settings to form an acoustic lattice that breaks time reversal symmetry (<xref ref-type="bibr" rid="B22">Yang et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B15">Ni et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Khanikaev et al., 2015</xref>).</p>
<p>Phononic structures can support elastic waves with non-conventional topology by breaking symmetry (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Xue et al., 2022</xref>). Dirac factorization of the wave equation reveals potential topological properties that may result from symmetry breaking (which might be brought about by structural or external perturbations). For instance, the equations of motion of two coupled one-dimensional harmonic systems (<xref ref-type="bibr" rid="B6">Deymier and Runge, 2016</xref>) can be factored in the long wavelength limit as a product of two Dirac-like equations, each of which breaks parity symmetry and time reversal symmetry. Propagative wave solutions to each Dirac equation can satisfy two possible dispersion relations, giving rise to symmetric and anti-symmetric eigenmodes. The former exhibit the conventional character of Boson-like phonons, while the latter exhibit Fermion-like behavior of phonons (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Deymier et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B8">Deymier et al., 2014</xref>). The topological properties of evanescent waves in product parity-time symmetry have also been investigated near exceptional points (<xref ref-type="bibr" rid="B4">Chen et al., 2024</xref>).</p>
<p>The wave equation for a two-dimensional plate coupled to a rigid substrate can also be subject to Dirac factorization (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Deymier and Runge, 2022</xref>). These factors are analogous to the long-wavelength limit of the Qi, Wu, and Zhang (QWZ) model of the anomalous quantum Hall effect (<xref ref-type="bibr" rid="B18">Qi et al., 2006</xref>). The Dirac factorization reveals waves with spin-like degrees of freedom that have a gapped band structure, which is similar to the spin Hall effect. <xref ref-type="bibr" rid="B12">Kane and Lubensky (2014)</xref> demonstrate a method inspired by the Dirac factorization of the Klein&#x2013;Gordon equation to establish a connection between topological mechanical modes and the topological band theory in electronic systems. This leads to the prediction of new topological bulk mechanical phases with distinct boundary modes. Topological phonons can also be classified using local symmetries (<xref ref-type="bibr" rid="B19">S&#xfc;sstrunk and Huber, 2016</xref>) by adapting the classification of non-interacting electron systems to mechanical systems.</p>
<p>Here, we study solutions of the Dirac factorizations of the discrete one-dimensional harmonic chain with side restoring forces and investigate the appearance of edge modes at the interface of conventional and non-conventional topologies. In <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2,</xref> we introduce the Dirac factorization of the discrete Klein&#x2013;Gordon equation, and in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3,</xref> we find the dispersion relation and amplitude vectors corresponding to propagative wave solutions of the Dirac equations. <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref> addresses evanescent wave solutions and their dispersion relation. In <xref ref-type="sec" rid="s5">Sections 5</xref> and <xref ref-type="sec" rid="s6">6</xref>, we compute the respective Berry phases of the amplitude vectors of the propagative and evanescent waves. <xref ref-type="sec" rid="s7">Section 7</xref> addresses the existence of edge modes at the interface between two topologically different semi-infinite media that obey the acoustic Dirac equation. Finally, in <xref ref-type="sec" rid="s8">Section 8,</xref> we summarize and draw conclusions.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Model system and equation of motion for the discrete harmonic chain</title>
<p>We consider the model of the one-dimensional harmonic chain illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>. We assume that the chain lies along the <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-axis. The chain is composed of identical masses, <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, interacting with their neighbors via linear spring forces with a spring constant <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; each of the masses is connected to a rigid substrate through harmonic springs with a spring constant <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>.</italic> The coordinates of the <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> mass at rest are <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the spacing between adjacent masses at rest.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Schematic illustration of the one-dimensional harmonic chain attached elastically to a rigid substrate (top gray box). The side springs restore longitudinal motion.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-03-1615210-g001.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Schematic of a one-dimensional mass-spring lattice model with alternating spring constants $K$ and $K&#x27;$, where identical masses $M$ are evenly spaced by distance $a$, connected both to adjacent masses and to a fixed top boundary.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>We denote the displacement of the <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> mass by <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Newton&#x2019;s equation for the <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> mass is<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Taking <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Equation 1</xref>, we can rewrite the above equation as<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The quantity <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be identified as a discrete second derivative with respect to position. Thus, <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Equation 2</xref> can be thought of as a discrete version of the Klein&#x2013;Gordon equation <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> It can be shown that the continuous Klein&#x2013;Gordon equation (when interpreted as an operator acting on vectors with two components) can be factorized as a product of Dirac equations:<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>&#x2014;where <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the Pauli matrices and <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the 2 &#xd7; 2 identity matrix (<xref ref-type="bibr" rid="B6">Deymier and Runge, 2016</xref>).</p>
<p>Now, let us provide a physical interpretation of amplitude vectors with two components. We note that if <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the equation corresponding to the first operator in the square bracket of <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equation 3</xref> becomes <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Using a plane wave solution with <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, this equation reduces to the system <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2213;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We obtain two solutions for the angular velocity of the plane wave <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. These correspond to plane waves propagating in the positive and negative directions. In this case, the components <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are now independent of each other and of the wave number. The amplitude of the plane wave propagating in the positive direction is independent of that of the wave propagating in the opposite direction. When <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the plane wave solutions of the equation <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> obey the system of linear equations <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2213;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with the dispersion relation <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The amplitude components <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are given by <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2213;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The components of the <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> &#xd7; <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> amplitude vector are not independent of each other. This indicates that the directions of propagation are not independent of each other anymore; it is parameter <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that couples those directions. The wave function <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has the character of quasi-standing waves, which are composed of forward and backward waves with a very specific proportion of their respective amplitudes <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>In order to achieve a factorization of the discrete Klein&#x2013;Gordon equation as a product of Dirac-like equations, we will interpret the operator <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as acting on vectors with four components. Here, <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the forward difference operator defined by <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the backward difference operator defined by <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. These difference operators are linear (note that <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). The operators <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can also be interpreted as operators on vectors where the difference operations are carried out component-wise.</p>
<p>Let <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> We can reformulate <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Equation 2</xref> in terms of a product of two operators:<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2a02;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2a02;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a02;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2a02;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2a02;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a02;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>It can be verified that this product is the same as <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (with <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> being the 4 &#xd7; 4 identity matrix in this equation). Note that the matrices in the above product are tensor products of 2 &#xd7; 2 matrices and hence are 4 &#xd7; 4 matrices. Thus, the operators in the factorization are acting on vectors with four components, and the product of the operators is a four-dimensional version of the discrete Klein&#x2013;Gordon equation:<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2a02;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2a02;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a02;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>&#x2014;where <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Now the solution to <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Equation 4</xref> <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> vector. We have seen that the long wavelength limit (continuous limit) of the operators in the square brackets of <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equation 3</xref> leads to solutions with two components, corresponding to the mutually dependent amplitudes of the forward and backward waves. The four components of the discrete system reflect the fact that the forward difference <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and backward difference <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> operators act differently on the forward and backward amplitudes of a quasi-standing wave. However, this solution form does not correspond to any straightforward physical interpretation.</p>
<p>The tensor products of the matrices appearing in the above equation are as follows:</p>
<p>Taking <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2a02;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2a02;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2a02;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the Dirac factorization of the discrete Klein&#x2013;Gordon equation becomes<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>&#x2014;where <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Eigenvectors and dispersion relation</title>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Dispersion relation</title>
<p>We will now find propagative solutions to the Dirac equations in <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Equation 5</xref>. Let us consider an ansatz taking the form of a plane wave with a <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> amplitude vector, <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We have the matrices</p>
<p>
<inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>and</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2009;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Then, with the ansatz in <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Equation 6</xref>, the Dirac equations become the following system of equations:<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In matrix form, <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Equation 7</xref> becomes<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The determinant of this 4 &#xd7; 4 matrix is<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>and there exist non-zero solutions to <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Equation 8</xref> if the determinant is zero. <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Equation 9</xref> gives us<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Equation 10</xref> gives us the dispersion relations<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="italic">sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The dispersion relation is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Schematic illustration of the discrete system dispersion relation <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-03-1615210-g002.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Plot showing angular frequency versus wave number, representing the dispersion relation. The lower curve is the negative of the upper curve.</alt-text>
</graphic>
</fig>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Eigenvectors</title>
<p>We now solve <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Equation 8</xref> for the components of the amplitude vector <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, satisfying the dispersion relations given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Equation 11</xref>. Let us redefine <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> such that <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For the sake of simplifying the notation, we also define <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. With this notation, <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Equation 8</xref> becomes the system of four linear equations:<disp-formula id="e12a">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e12b">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12b)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e12c">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12c)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e12d">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12d)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>To find solutions to the system of equations given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e12a">Equations 12 a</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e12d">d</xref>, we hypothesize that<disp-formula id="e13a">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e13b">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13b)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e13c">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13c)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e13d">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13d)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Recognizing that <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the normalized amplitude eigenvector is obtained in the form<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Evanescent waves</title>
<p>In order to find non-propagative solutions of the Dirac equations (<xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Equation 5</xref>), we consider the ansatz<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We follow the procedure used in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref> to find the dispersion relation for waves of the form given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">Equation 15</xref>:<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>sinh</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>When <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> when <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>sinh</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> &#x3d; 0; that is, <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:mi>sinh</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> or equivalently <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>sinh</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We denote this value of <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The points <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are illustrated schematically in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Schematic illustration of the discrete system dispersion relation for propagative waves (blue and yellow lines): <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for a <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and evanescent waves (green line) at <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>: <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>sinh</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-03-1615210-g003.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Plot similar to Fig. 2 with dispersion relation of evanescent waves added. A tilted ellipse intersects the sinusoidal curves, and a diagonal labeled "Imaginary wave number" intersects labeled points $k&#x27;_0$ and $-k&#x27;_0$, representing a complex band structure.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>The normalized amplitude eigenvector is of the form<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>&#x2014;where <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Berry phase for propagative waves</title>
<sec id="s5-1">
<title>5.1 Continuous contribution to the Berry phase</title>
<p>The contribution of the continuous part of the function, <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to the Berry connection (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Berry, 1984</xref>) is given by<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Note that <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> since <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and therefore, <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Equation 18</xref> gives us <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for all <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for which <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is continuous. So, the continuous contribution to the Berry connection is zero.</p>
</sec>
<sec id="s5-2">
<title>5.2 Contribution of discontinuities in the eigenvectors to the Berry connection</title>
<p>The eigenvector given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">Equation 14</xref> contains components in the form of square roots&#x2014;<inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x2014;which are square roots of complex numbers.</p>
<p>The square root of a complex number is given by the formula<disp-formula id="equ2">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Near the origin on both sides (positive and negative) of the Brillouin zone: <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, so <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We therefore have <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The phase of <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the vicinity of the origin of the first Brillouin zone satisfies <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>If <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x2014;that is <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x2014;then <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> The quantity <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> remains continuous at the origin of the Brillouin zone; the same is true for the quantity <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> Therefore, in this case, there is no discontinuity in the complex amplitude, which leads to the Berry phase being equal to zero, as discussed in in <xref ref-type="sec" rid="s5-1">Section 5.1</xref>.</p>
<p>If <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x2014;that is, <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> On the positive side of the origin of the Brillouin zone <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. On the negative side of the origin of the Brillouin zone <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The quantity <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> undergoes a &#x3c0; phase discontinuity at the origin of the Brillouin zone.</p>
<p>Considering the component <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we still have <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> but <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We still have a discontinuity when <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, but then <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> On the positive side of the origin of the Brillouin zone <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. On the negative side of the origin of the Brillouin zone <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The quantity <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> undergoes a -&#x3c0; phase discontinuity at the origin of the Brillouin zone.</p>
<p>In the case of <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to calculate the discontinuity contribution of the components at <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to the Berry phase, consider two amplitude vectors on both sides of the origin of the Brillouin zone:<disp-formula id="equ3">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;and&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Their inner product gives <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2a;T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> Therefore, the change in geometric phase as the amplitude vector is crossing the origin of the first Brillouin zone is <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Now, the Berry phase is therefore the sum of the contributions from the continuous and the discontinuous parts of the amplitude vector, so the Berry phase is equal to <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Note that this phase is independent of the specific value of <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as long as we consider the Dirac-factored equation with <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The Berry phase is a topological invariant of the system. Dirac-factored equations <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> describe two types of acoustic waves: one with a conventional topology (Berry phase equal to 0) and the other one with an unconventional topology (Berry phase of &#x3c0;). In the latter case, the acoustic waves are isomorphic to the quantum spin of an electron, which requires a closed path, corresponding to two Brillouin zones to recover the original eigen amplitude vector. This is an example of an acoustic pseudospin.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s6">
<title>6 Berry phase for evanescent waves</title>
<p>We now compute the Berry connection of the unit amplitude vector <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">Equation 17</xref> along the loop given by the dispersion relation of the evanescent waves with <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Since <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a real number, we have the restriction <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>sinh</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> , which is equivalent to <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> &#x2014;that is, <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
<p>We first compute the Berry connection along the top and the bottom halves of the loop, when <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
<p>
<statement content-type="case" id="Case_1">
<label>Case 1</label>
<p>
<inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> or <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>In this case, the unit amplitude vector is <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Note that the quantities inside the square root are non-negative because of the restriction on <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, so the unit amplitude vector is a continuous function of <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> Therefore, the Berry connection is given by<disp-formula id="equ4">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2a;T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>We note that <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> since <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which leads to <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
<p>Therefore, the Berry connection when <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is zero along the top and bottom halves of the loop.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="case" id="Case_2">
<label>Case 2</label>
<p>
<inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> or <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m200">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>In this case, the unit amplitude vector is <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m201">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Again, the quantities inside the square root are non-negative. The Berry connection is thus given by <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m202">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2a;T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> A similar calculation to that in case <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> gives us <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> along the top and bottom halves of the loop.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="case" id="Case_3">
<label>Case 3</label>
<p>The Berry connection near the points where the loop intersects the <inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-axis.</p>
<p>We wish to determine whether near <inline-formula id="inf178">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m207">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the unit amplitude vector at <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with positive <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is parallel or anti-parallel to <inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the unit amplitude vector at <inline-formula id="inf183">
<mml:math id="m211">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with negative <inline-formula id="inf184">
<mml:math id="m212">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We calculate the dot product<disp-formula id="equ5">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xb7;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
<mml:mi>sinh</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>As <inline-formula id="inf185">
<mml:math id="m214">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, note that <inline-formula id="inf186">
<mml:math id="m215">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. So in that limit, the dispersion relation given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Equation 16</xref> gives us <inline-formula id="inf187">
<mml:math id="m216">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>sinh</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> Therefore, when <inline-formula id="inf188">
<mml:math id="m217">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> we have <inline-formula id="inf189">
<mml:math id="m218">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xb7;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>sinh</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>sinh</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="m219">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> When <inline-formula id="inf191">
<mml:math id="m220">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> we have <inline-formula id="inf192">
<mml:math id="m221">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xb7;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>sinh</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>sinh</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as <inline-formula id="inf193">
<mml:math id="m222">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> So, when <inline-formula id="inf194">
<mml:math id="m223">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf195">
<mml:math id="m224">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xb7;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xb7;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>sinh</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>sinh</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as <inline-formula id="inf196">
<mml:math id="m225">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Therefore, <inline-formula id="inf197">
<mml:math id="m226">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf198">
<mml:math id="m227">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are parallel. When <inline-formula id="inf199">
<mml:math id="m228">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf200">
<mml:math id="m229">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#xb7;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>sinh</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>sinh</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as <inline-formula id="inf201">
<mml:math id="m230">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> So, <inline-formula id="inf202">
<mml:math id="m231">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf203">
<mml:math id="m232">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are anti-parallel.</p>
<p>Similarly, when <inline-formula id="inf204">
<mml:math id="m233">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> if <inline-formula id="inf205">
<mml:math id="m234">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf206">
<mml:math id="m235">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf207">
<mml:math id="m236">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are anti-parallel, and if <inline-formula id="inf208">
<mml:math id="m237">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf209">
<mml:math id="m238">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf210">
<mml:math id="m239">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are parallel.</p>
<p>Therefore, along the closed loop over the evanescent mode, the Berry phase amounts to <inline-formula id="inf211">
<mml:math id="m240">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for both <inline-formula id="inf212">
<mml:math id="m241">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</statement>
</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>7 Interface modes</title>
<p>We now consider a system composed of two semi-infinite chains described by the acoustic Dirac equation, but differing only in the value of the parameter <inline-formula id="inf213">
<mml:math id="m242">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Such a system may be realized by considering the mass spring system in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> (which is governed by the Klein&#x2013;Gordon equation) (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Calderin et al., 2019</xref>) and by considering evanescent waves corresponding to the <inline-formula id="inf214">
<mml:math id="m243">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> Dirac equation for masses with a negative label and <inline-formula id="inf215">
<mml:math id="m244">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> Dirac equation for masses with a positive label (since solutions to the Dirac equations are solutions to the Klein&#x2013;Gordon equation). The consideration of such waves is mathematical. <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref> describes the set up.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Schematic illustration of an interface between two topologically different semi-infinite media obeying the acoustic Dirac equation. The medium with <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is topologically non-trivial, and the medium with <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is topologically trivial.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-03-1615210-g004.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Modified mass-spring schematic with five labeled masses in a chain. The system is divided into two regions with different spring parameters $\alpha&#x2019; &#x003D; &#x002B;\alpha$ and $\alpha&#x2019; &#x003D; &#x2212;\alpha$, indicating a topological interface.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>At the interface, the Dirac equations are<disp-formula id="e19a">
<mml:math id="m245">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e19b">
<mml:math id="m246">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19b)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The <xref ref-type="disp-formula" rid="e19a">Equations 19 a</xref>,<xref ref-type="disp-formula" rid="e19b">b</xref> can be expanded as<disp-formula id="e20a">
<mml:math id="m247">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e20b">
<mml:math id="m248">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20b)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We now seek solutions to these equations that take the form of evanescent waves decaying on both sides of the interface. These are solutions of the form<disp-formula id="e21a">
<mml:math id="m249">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e21b">
<mml:math id="m250">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21b)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e21a">Equations 21 a</xref>,<xref ref-type="disp-formula" rid="e21b">b</xref> give are solutions to the bulk acoustic Dirac equation of infinite chains, each with its respective values of <inline-formula id="inf216">
<mml:math id="m251">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. At the interface, we consider<disp-formula id="e22a">
<mml:math id="m252">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e22b">
<mml:math id="m253">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22b)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The existence of solutions in the forms given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e22a">Equations 22a,b</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e22b"/>which satisfy <xref ref-type="disp-formula" rid="e20a">Equations 20a,b</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e20b"/> implies the existence of interface modes between the two chains with different topologies.</p>
<p>Inserting <xref ref-type="disp-formula" rid="e22a">Equations 22a,b</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="e20a">Equations 20a,b</xref> gives us a system of eight linear equations in the eight unknowns <inline-formula id="inf217">
<mml:math id="m254">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf218">
<mml:math id="m255">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf219">
<mml:math id="m256">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf220">
<mml:math id="m257">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf221">
<mml:math id="m258">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf222">
<mml:math id="m259">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf223">
<mml:math id="m260">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf224">
<mml:math id="m261">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m262">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Equation 23</xref> has solutions if the <inline-formula id="inf225">
<mml:math id="m263">
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> matrix is invertible&#x2014;that is, if its determinant is not equal to zero. By defining <inline-formula id="inf226">
<mml:math id="m264">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>,</italic> <inline-formula id="inf227">
<mml:math id="m265">
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf228">
<mml:math id="m266">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we calculate the determinant of that matrix to be<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m267">
<mml:mrow>
<mml:mi>det</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>14</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>14</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Note that this determinant is independent of <italic>k&#x2019;</italic>. To illustrate, let us set <inline-formula id="inf229">
<mml:math id="m268">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and plot <inline-formula id="inf230">
<mml:math id="m269">
<mml:mrow>
<mml:mi>det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>31</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>34</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The <inline-formula id="inf231">
<mml:math id="m270">
<mml:mrow>
<mml:mi>det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is non-zero for the majority of frequencies corresponding to evanescent waves, except for the two frequencies <inline-formula id="inf232">
<mml:math id="m271">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. There exist solutions to <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">Equation 24</xref> within this range of real frequencies. The interface between the chains with trivial and nontrivial topologies supports localized interfacial modes. These are topological interfacial modes. In <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> there are two values of <inline-formula id="inf233">
<mml:math id="m272">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for which det(<inline-formula id="inf234">
<mml:math id="m273">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) &#x3d; 0. This implies that there are no real frequency solutions, although there may be solutions with complex frequencies. These waves may decay as a function of time.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Plot of <inline-formula id="inf235">
<mml:math id="m274">
<mml:mrow>
<mml:mi>det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>31</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>34</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The region between the vertical lines corresponds to the frequency range of evanescent waves for <inline-formula id="inf236">
<mml:math id="m275">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="facou-03-1615210-g005.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Graph of a function plotted against angular frequency $\omega$. Vertical lines mark two key frequency regions, possibly indicating band gaps or critical thresholds.</alt-text>
</graphic>
</fig>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s8">
<title>8 Conclusion</title>
<p>We have here demonstrated that the Dirac factorization of the equations of motion of a mass and spring model exposes the potential for topological insulator behavior in acoustic systems. In particular, for a 1-d harmonic mass and spring chain attached elastically to a rigid substrate, the equations of motion give rise to a discrete version of the Klein&#x2013;Gordon equation that can be factorized into Dirac equations with broken time-reversal and parity symmetry. Propagative and evanescent wave solutions of the Dirac factored equations were obtained. For propagative modes, the Berry phase for the Dirac equation with the &#x2b; sign was found to be zero (conventional topology), and that with the &#x2013; sign was found to be <inline-formula id="inf237">
<mml:math id="m276">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (non-conventional topology). In contrast, for the evanescent mode, the Berry phase was <inline-formula id="inf238">
<mml:math id="m277">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for both the &#x2b; and &#x2013; equations. Using the distinction between topologies for the propagative waves, we demonstrated the existence of a topologically protected interface mode between conventional and non-conventional topologies.</p>
<p>Dirac factorization of classical wave equations exposes the possibility of topological insulators arising from broken symmetries. It reveals the possibilities offered by symmetry breaking in terms of the direction of wave propagation. However, additional physical conditions or mechanisms are needed to break T- or P-symmetry and realize one-way propagating waves in physical systems.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s9">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/supplementary material; further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s10">
<title>Author contributions</title>
<p>AB: Writing &#x2013; original draft, Writing &#x2013; review and editing. KR: Writing &#x2013; original draft, Writing &#x2013; review and editing. PD: Writing &#x2013; original draft, Writing &#x2013; review and editing.</p>
</sec>
<sec sec-type="funding-information" id="s11">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare that financial support was received for the research and/or publication of this article. This work was supported by the Science and Technology Center New Frontiers of Sound (NewFoS) through NSF cooperative agreement &#x23; 2242925.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s12">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="ai-statement" id="s13">
<title>Generative AI statement</title>
<p>The author(s) declare that no Generative AI was used in the creation of this manuscript.</p>
<p>Any alternative text (alt text) provided alongside figures in this article has been generated by Frontiers with the support of artificial intelligence and reasonable efforts have been made to ensure accuracy, including review by the authors wherever possible. If you identify any issues, please contact us.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s14">
<title>Publisher&#x2019;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Berry</surname>
<given-names>M. V.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1984</year>). <article-title>Quantal phase factors accompanying adiabatic changes</article-title>. <source>
<italic>Proc. R. Soc. Lond</italic>. A39245&#x2013;57</source>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rspa.1984.0023</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Calderin</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hasan</surname>
<given-names>M. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jenkins</surname>
<given-names>N. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lata</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lucas</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Runge</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Experimental demonstration of coherent superpositions in an ultrasonic pseudospin</article-title>. <source>Sci. Rep.</source> <volume>9</volume>, <fpage>14156</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41598-019-50366-y</pub-id>
<pub-id pub-id-type="pmid">31578347</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chang</surname>
<given-names>C.-Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>C.-X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>MacDonald</surname>
<given-names>A. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Colloquium: Quantum anomalous hall effect</article-title>. <source>Rev. Mod. Phys.</source> <volume>95</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>011002</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/RevModPhys.95.011002</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kou</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2024</year>). <article-title>Observation of parity-time symmetry for evanescent waves</article-title>. <source>Commun. Phys.</source> <volume>7</volume>, <fpage>339</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s42005-024-01816-1</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Deng</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ge</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tian</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jing</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Observation of zone folding induced acoustic topological insulators and the role of spin-mixing defects</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>96</volume>, <fpage>184305</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.96.184305</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Deymier</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Runge</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>One-dimensional mass-spring chains supporting elastic waves with non-conventional topology</article-title>. <source>Crystals</source> <volume>6</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>44</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/cryst6040044</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Deymier</surname>
<given-names>P. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Runge</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Revealing topological attributes of stiff plates by dirac factorization of their 2D elastic wave equation</article-title>. <source>Appl. Phys. Lett.</source> <volume>120</volume> (<issue>8</issue>), <fpage>081701</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/5.0086559</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Deymier</surname>
<given-names>P. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Runge</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Swinteck</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Muralidharan</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Rotational modes in a phononic crystal with fermion-like behavior</article-title>. <source>J. Appl. Phys.</source> <volume>115</volume>, <fpage>163510</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4872142</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Deymier</surname>
<given-names>P. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Runge</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Swinteck</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Muralidharan</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Torsional topology and fermion-like behavior of elastic waves in phononic structures</article-title>. <source>Comptes Rendus M&#xe9;canique</source> <volume>343</volume>, <fpage>700</fpage>&#x2013;<lpage>711</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.crme.2015.07.003</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hasan</surname>
<given-names>M. Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kane</surname>
<given-names>C. L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Colloquium: topological insulators</article-title>. <source>Rev. Mod. Phys.</source> <volume>82</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>3045</fpage>&#x2013;<lpage>3067</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/RevModPhys.82.3045</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ni</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ge</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>X.-C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Y.-B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>M.-H.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Acoustic topological insulator and robust one-way sound transport</article-title>. <source>Nat. Phys.</source> <volume>12</volume>, <fpage>1124</fpage>&#x2013;<lpage>1129</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys3867</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kane</surname>
<given-names>C. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lubensky</surname>
<given-names>T. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Topological boundary modes in isostatic lattices</article-title>. <source>Nat. Phys.</source> <volume>10</volume>, <fpage>39</fpage>&#x2013;<lpage>45</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys2835</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Khanikaev</surname>
<given-names>A. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fleury</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mousavi</surname>
<given-names>S. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Al&#xf9;</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Topologically robust sound propagation in an angular-momentum-biased graphene-like resonator lattice</article-title>. <source>Nat. Commun.</source> <volume>6</volume>, <fpage>8260</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/ncomms9260</pub-id>
<pub-id pub-id-type="pmid">26440700</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mei</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Pseudo-time-reversal symmetry and topological edge states in two-dimensional acoustic crystals</article-title>. <source>Sci. Rep.</source> <volume>6</volume>, <fpage>32752</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep32752</pub-id>
<pub-id pub-id-type="pmid">27587311</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ni</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>X.-C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>X.-p.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>M.-H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Feng</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Topologically protected one-way edge mode in networks of acoustic resonators with circulating air flow</article-title>. <source>New J. Phys.</source> <volume>17</volume>, <fpage>053016</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/17/5/053016</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Qi</surname>
<given-names>X.-L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>S.-C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>The quantum spin hall effect and topological insulators</article-title>. <source>Phys. Today</source> <volume>63</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>33</fpage>&#x2013;<lpage>38</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.3293411</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Qi</surname>
<given-names>X.-L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>S.-C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Topological insulators and superconductors</article-title>. <source>Rev. Mod. Phys.</source> <volume>83</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>1057</fpage>&#x2013;<lpage>1110</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/RevModPhys.83.1057</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Qi</surname>
<given-names>X.-L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Y.-S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>S.-C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Topological quantization of the spin hall effect in two-dimensional paramagnetic semiconductors</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>74</volume>, <fpage>085308</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.74.085308</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>S&#xfc;sstrunk</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huber</surname>
<given-names>S. D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Classification of topological phonons in linear mechanical metamaterials</article-title>. <source>Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.</source> <volume>113</volume> (<issue>33</issue>), <fpage>E4767</fpage>&#x2013;<lpage>E4775</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.1605462113</pub-id>
<pub-id pub-id-type="pmid">27482105</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xia</surname>
<given-names>B.-Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>T.-T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>G.-L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dai</surname>
<given-names>H.-Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiao</surname>
<given-names>J.-R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zang</surname>
<given-names>X.-G.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Topological phononic insulator with robust pseudospin-dependent transport</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> <volume>96</volume>, <fpage>094106</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.96.094106</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xue</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Topological acoustics</article-title>. <source>Nat. Rev. Mater</source> <volume>7</volume>, <fpage>974</fpage>&#x2013;<lpage>990</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41578-022-00465-6</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shi</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chong</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Topological acoustics</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>114</volume>, <fpage>114301</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.114.114301</pub-id>
<pub-id pub-id-type="pmid">25839273</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yves</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fleury</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lemoult</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fink</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lerosey</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Topological acoustic polaritons: robust sound manipulation at the subwavelength scale</article-title>. <source>New J. Phys.</source> <volume>19</volume>, <fpage>075003</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/aa66f8</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wei</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cheng</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Topological creation of Acoustic pseudospin multipoles in a flow-free symmetry-broken metamaterial lattice</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>118</volume>, <fpage>084303</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.118.084303</pub-id>
<pub-id pub-id-type="pmid">28282192</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>