近日，永利官网物电学院声学团队与武汉大学刘正猷教授团队合作，在非厄米趋肤效应研究中取得突破性进展，发现并证实了混合阶非厄米趋肤效应，表面依赖的非厄米趋肤效应，以及探索趋肤效应作用于拓扑边界态后产生的新奇现象。系列研究成果相继在物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters，以下简称PRL）发表学术论文两篇、在物理学权威期刊《物理评论B》（Physical Review B，以下简称PRB）发表学术论文一篇，是永利官网首次以第一单位在美国物理学会旗下PRL期刊上发表学术论文。

美国物理学会旗下 Physical Review系列期刊涵盖了从基础理论到工程应用的所有物理分支，构成了物理学界最具权威性的期刊系列。其中，PRL 被广泛认同为物理学最具影响力和学术声望的顶尖期刊，据统计，在过去四十年间，超过65%的诺贝尔物理学奖成果发表于该期刊。

图1. 二维声子晶体中混合阶趋肤效应的实验观测。（a）损耗诱导的非互易传输观测。（b）正方形声子晶体样品。（c）正方形声子晶体中的角趋肤观测。（d）菱形声子晶体样品。（e）菱形声子晶体中的边界趋肤观测。

 

能谱拓扑和非厄米趋肤效应在凝聚态物理领域备受关注，它为众多研究方向提供了新的思路。目前，在单一系统中能否同时实现一阶和高阶趋肤效应，即混合阶趋肤效应，是该领域有待探索的科学问题。研究团队发现，在二维非互易系统中，同时存在一阶趋肤效应（边界趋肤）和二阶趋肤效应（角趋肤）。该混合阶趋肤效应的拓扑起源，是系统具有各向异性的方向能谱绕数。另外，该研究工作在非互易性的实现上也取得突破，即利用层间赝自旋自由度与损耗的协同作用，获得非互易耦合，避免了传统有源器件实现非互易耦合时造成的复杂性与不稳定性。该方案可推广至光子、电子等其它经典系统，具有广泛适用性。研究团队还在声子晶体中证实了混合阶趋肤效应的存在（图1）。混合阶趋肤效应的发现，不仅丰富了非厄米拓扑物理，还为新型多功能非厄米器件的设计提供了新思路。上述研究成果以“混合阶非厄米趋肤效应”（Hybrid-Order Skin Effect from Loss-Induced Nonreciprocity）为题于2025年4月在线发表于PRL期刊，永利官网声学团队青年教师吴吉恩博士为第一作者，武汉大学邓伟胤教授、陆久阳教授、刘正猷教授为共同通讯作者，304am永利集团为第一单位。

图2. 三维声子晶体中表面依赖的趋肤效应观测。（a）具有金字塔形状的奇异线半金属声子晶体样品。（b）频谱缠绕。（c）频谱的实部。（d）-（f）面趋肤效应测量。

 

除了能谱拓扑以外，非厄米系统还具有波函数拓扑，两者共同形成完整的非厄米体-边对应关系。在奇异线半金属中，完整的非厄米体-边对应关系尚未得到充分论证。研究团队基于奇异线半金属的拓扑特性发现系统同时具备波函数拓扑和能谱拓扑两种特性。随后，在三维非厄米声子晶体中，观测到由波函数拓扑保证的二维鼓膜表面态，以及由能谱拓扑保证的表面依赖趋肤效应（图2）。该工作为非厄米拓扑物理的研究提供了重要的理论依据，有望在声学传感器等领域实现创新性应用。该成果以“声学奇异线半金属中的拓扑现象”（Acoustic Exceptional Line Semimetal）为题于2025年3月在线发表于PRL期刊，武汉大学博士生胡叶剑和我校声学团队青年教师吴吉恩为共同第一作者，武汉大学邓伟胤教授、王自昱教授、柯满竹教授和刘正猷教授为共同通讯作者，304am永利集团为共同第一作者单位。

研究团队还围绕二维非厄米电路系统中拓扑边界态的能谱缠绕和编织展开了研究，发现能谱缠绕（能谱拓扑）使得拓扑边界态产生双向趋肤效应，进而得到非厄米角态。该研究以“拓扑边界态的非厄米缠绕与编织”（Non-Hermitian winding and braiding of topological boundary states）为题于2025年2月在线发表于PRB期刊，武汉大学博士后浦臻航、永利官网声学团队青年教师吴吉恩和武汉大学博士生陈星宇为共同第一作者，武汉大学邓伟胤教授、柯满竹教授和刘正猷教授为共同通讯作者，304am永利集团为共同第一作者单位。

上述研究工作均得到了国家自然科学基金项目的支持。

据悉，永利官网声学团队全称为“振动与声的人工微纳结构调控”科研团队，该团队由物电学院2024年5月通过人才引进方式组建而成，团队负责人为邓科教授，目前团队成员包括青年教师何兆剑博士和吴吉恩博士，武汉大学刘正猷教授为团队特聘教授。该团队主要开展人工结构对经典波的调控研究，旨在探索和制备各种功能性的声学结构或材料。同时，还对声子晶体和电路系统中的新奇拓扑现象进行探索和研究，包括拓扑边界态、拓扑角态、奇异点、非厄米趋肤效应等。

文章链接：

混合阶非厄米趋肤效应：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.176601

声学奇异线半金属中的拓扑现象：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.116606

拓扑边界态的非厄米缠绕与编织：

https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.111.075123

 

（文/图 何兆剑 一审/张冬 二审/刘斯 三审/张国强）