香港浸会大学研究生，香港浸会大学研究生申请条件
拓扑模式 (TM) 通常位于更大拓扑晶格的缺陷或边界处。最近对非厄米特能带理论的研究揭示了非厄米特趋肤效应 (NHSE)，通过这种效应，体态作为趋肤模式坍缩到边界。
2022年8月3日，香港浸会大学马冠聪团队在Nature 在线发表题为“Non-Hermitian morphing of topological modes”的研究论文，该研究利用 NHSE 来重塑 TM 的波函数。在关键的非厄米特参数下，间隙内 TM 甚至在整个体晶格中完全扩展，形成“连续体之外的扩展模式”。这些扩展模式仍然受到体带拓扑结构的保护，使其能够抵抗局部紊乱。
尽管 TM 在 NHSE 下得到扩展，但它们在带隙中保持光谱隔离，并且它们的拓扑保护完好无损，有效地使它们成为“连续体之外的扩展态”——这是连续体中束缚态的特殊对应物。总之，该研究结果使 TM 摆脱了边界定位特征的束缚，这可以使各种拓扑应用受益。
最后，iNature发现，这是香港浸会大学首次以第一单位/通讯单位在Nature 发表研究成果。
拓扑问题在许多领域产生了持久的影响，拓扑光子学、声学和机械系统的蓬勃发展证明了这一点。大多数拓扑问题的一个标志是存在位于样本边界、界面或缺陷处的拓扑模式 (TM)。充满拓扑保护的许多应用（如波路由设备、激光器和量子光学设备）可以受益于鲁棒性或抗反向散射等特性。然而，由于 TM 的存在依赖于体带拓扑，因此任何拓扑应用都必须建立在体晶格之上，这使得它们体积庞大且制造成本高。在这里，该研究展示了一个非厄米特（non-Hermitian）解决方案来解决这个问题。
非厄米系统通常具有复杂的频谱，使其自然适合描述开放系统。一个开放的系统可以与外部环境进行能量交换，从而允许存在诸如增益和损耗、非互易性等效应，从而产生万花筒般的新现象。此外，复谱还需要与特征值的缠绕相关的拓扑结构以及围绕被称为异常点的奇点交换特征态。
NHSE 对 TZM 的离域（图源自Nature ）
将非厄米特形式与拓扑问题联系起来的研究导致了非厄米特趋肤效应 (NHSE) 的发现，通过该效应，体态成为局部于开放边界的趋肤模式。NHSE 已经在波系统和光子学以及量子行走中得到了实验验证。有趣的是，即使在 NHSE 存在的情况下，体模式也会在称为 Bloch 点的离散能量处恢复类似 Bloch 波的扩展轮廓。最近，研究表明 NHSE 可以影响 TM 在一维 (1D) 开放晶格中的定位特性，甚至使它们离域，但这种效应的全部潜力仍不清楚。
在这里，该研究利用 NHSE 来重塑 TM 的波函数。使用一维非厄米拓扑系统介绍了主动机械晶格中的理论基础和原理验证实验，其中观察到拓扑零模式 (TZM) 的完全离域。尽管 TM 在 NHSE 下得到扩展，但它们在带隙中保持光谱隔离，并且它们的拓扑保护完好无损，有效地使它们成为“连续体之外的扩展态”——这是连续体中束缚态的特殊对应物。总之，该研究结果使 TM 摆脱了边界定位特征的束缚，这可以使各种拓扑应用受益。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04929-1
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