近日，清華大學電子工程系黃翊東團隊崔開宇副教授等利用光聲晶體微腔這一片上腔光力學體系構建可調控的聲學非厄米系統(tǒng)，通過光場對兩個聲學模式之間的相互作用進行調控，首次在片上系統(tǒng)中實現(xiàn)了宇稱-時間反對稱（Anti-Parity-Time Symmetry）的聲學奇異點。該研究為聲學奇異點相關的非厄米以及非線性效應、聲子拓撲等基礎研究提供了片上平臺，并有望在高靈敏物理量傳感、精密測量等應用中突破現(xiàn)有技術的瓶頸。

組圖：基于拉鏈型光聲晶體微腔的片上聲學奇異點：A.等效物理模型 B.實驗測試裝置示意圖 C.拉鏈型光聲晶體微腔電子掃描顯微鏡照片 D.聲學諧振頻率隨系統(tǒng)參數(shù)演化的拓撲面 E.奇異點附近系統(tǒng)本征值的根號階次劈裂。

非厄米系統(tǒng)由于體系與外部環(huán)境存在耦合，在物理性質上與厄米系統(tǒng)有著明顯差異，奇異點（Exceptional Points）正是非厄米系統(tǒng)中特有的一類簡并態(tài)。與奇異點體系相關的物理效應及應用，如非對稱模式轉換、基于奇異點附近根號階次模式劈裂的單模激光及其高靈敏度傳感特性等在國際學術界引起廣泛關注。

目前已報道奇異點的研究工作主要集中在單一的光學體系中，基于其他物理體系奇異點的相關現(xiàn)象和應用仍有待進一步探索。聲學模式易與多種物理量耦合，以此構建的多物理場耦合系統(tǒng)將給奇異點的研究提供更高的自由度；同時聲學奇異點在超高靈敏度傳感的應用方面具有更大優(yōu)勢。然而，高頻聲學模式難以調控，GHz聲學奇異點一直以來未能在芯片上實現(xiàn)。

該研究提出了利用拉鏈型光聲微腔構造具有宇稱-時間反對稱的聲學哈密頓量來實現(xiàn)片上聲學奇異點，其中微腔中具備邊帶可分辨特性高品質因子的光學模式，用于連接兩個獨立振動的近簡并GHz聲學呼吸模式，從而構造聲學模式之間的耗散耦合和相干耦合。

實驗上通過改變輸入激光的波長和功率調控兩個聲學模式之間的耗散耦合和相干耦合以補償聲學模式之間的頻率差異，實現(xiàn)了在奇異點附近聲學本征值隨系統(tǒng)參數(shù)演化的拓撲面測量，并成功觀測到了奇異點附近的根號階次的模式劈裂特性。

利用這一特性可以突破已有聲學系統(tǒng)傳感的線性響應，在物理量的高精度靈敏探測領域有著重要應用前景。此外，該工作還系統(tǒng)分析了聲子激射效應對于奇異點觀測的影響，并在實驗上觀測了奇異點附近的拓撲面特征對聲子激射后系統(tǒng)中光聲同步態(tài)的演化特性的調控。

近日，該成果以“基于拉鏈型光聲晶體微腔的片上聲學奇異點”（On-chip mechanical exceptional pointsbased on an optomechanical zipper cavity）為題發(fā)表在《科學·進展》（Science Advances）上。

審核編輯：劉清