北大马仁敏课题组与合作者发现波与物质相互作用新形式

这一物理现象在波与物质相互作用中具有普适性，不仅在电磁波体系中存在，而且在机械波系统中也存在。团队在宇称-时间对称折射率调制的声学腔中也观测到了此现象（图3）。图3a中腔体内壁的声学人工结构能够在复平面上调节等效折射率，使其满足宇称-时间对称并工作在奇异点附近。此时腔体内的本征态是非厄密简并的逆时针模式。而当一个单极子声学点源被放入腔体内的特定位置时，激发的顺时针单向声场呈现出与本征态完全相反的手性。这一独特现象暗示了声学轨道角动量调控的一个额外自由度，为声学通信和粒子操控带来了全新的可能。另外，声波不具有自旋属性，而团队所展示的这种手性声场则可以充当声学系统中的赝自旋，服务于拓扑声学的研究。

图3 （a）具有宇称-时间对称折射率分布的声学环形谐振腔样品。（b）和（c）奇异点处的腔体内部声场的相位及声能流方向。（b）为本征态，（c）为单极子激发声场。黑色箭头代表声能流方向。

在该工作中，马仁敏课题组通过理论分析和数值模拟发现了这一现象并在电磁波体系进行了实验验证，祝捷课题组在声波体系进行了实验验证，葛力课题组进行了格林函数约当矢量分析。北京大学陈华洲、香港理工大学刘拓以及北京大学栾弘义为共同第一作者；马仁敏、祝捷、葛力为论文通讯作者。论文作者还包括中科院物理所陆凌、北京化工大学王兴远、华中科技大学祝雪丰以及英国伯明翰大学张霜等。工作得到了国家自然科学基金委、科技部、北京市自然科学基金、纳光电子前沿科学中心、人工微结构和介观物理国家重点实验室、量子物质科学协同创新中心等的支持。

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