非厄米物理(Non-Hermitian Physics)是近年来快速发展的领域,主要研究开放系统(与外界有能量/粒子交换的系统)中波的传播、散射、局域化等行为,以及与之耦合的物质响应。其核心在于非厄米哈密顿量(Non-Hermitian Hamiltonian)的引入,用于描述耗散、增益或非互易性等效应。
非厄米系统以及超材料中的PT对称性实现
As shown below👇
*非厄米系统以及超材料中的PT对称性实现
非厄米哈密顿量的特性
数学定义:哈密顿量满足H+Ht,其特征值可为复数(对应能量耗散或增益)。
物理意义:
复数本征值:虚部表示系统增益(正虚部)或损耗(负虚部)。
奇异点(Exceptional Points,EPs):非厄米系统中 特有的简并点,本征态合并,导致敏感响应(可用于传感器增强)。
宇称(P):空间反演对称性,即系统在坐标变换 r→−r 下的性质。
时间(T):时间反演对称性,即系统在 t→−t下的性质。
PT对称性:若系统在联合的宇称和时间反演操作下保持不变(即哈密顿量满足 [PT,H]=0),则称系统具有PT对称性。此时,即使系统本身非厄米(存在增益或损耗),其能谱仍可能为实数,表现为一种特殊的物理平衡。
在超材料中,PT对称性通过精心设计单元的增益和损耗分布来实现:
增益单元:通过外接有源元件(如放大器)实现波的能量增加。
损耗单元:通过吸收材料或电阻实现能量耗散。
对称分布:增益和损耗单元需满足空间交替排列且满足 n(r)=n∗(−r)(复折射率对称),形成PT对称结构。
*非厄米特法布里-佩罗共振𝑃𝑇-对称系统
[1] K. Shobe, K. Kuramoto, K.-I. Imura, and N. Hatano, “Non-Hermitian Fabry-P\’erot resonances in a $PT$-symmetric system,” Phys. Rev. Res., vol. 3, no. 1, p. 013223, Mar. 2021, doi: 10.1103/PhysRevResearch.3.013223.
