南京大学刘晓峻、程营课题组与彭茹雯、范仁浩课题组实现激光诱导的声学非厄米相变

1998年，C. M. Bender发现：具有PT对称性的非厄米哈密顿量可拥有全实数且正的本征谱。这一突破性成果激发了学界在光子学、声学等经典波系统中构建其对应物理实现的广泛兴趣，典型路径是通过精心设计空间分布的增益与损耗区域以实现PT对称性。近年来，其共轭概念—反PT对称性（Anti-PT Symmetry）—进一步拓展了非厄米对称性的理论框架，并已在冷原子系统、电子电路及光学平台中获得实验验证。然而，在声学领域，受限于缺乏高效、可控的实验手段，迄今尚未成功构建出满足反PT对称条件的声学散射结构，这制约了在同一声学系统中实现PT对称与反PT对称之间的可控相变。尤为关键的是，该相变的实现高度依赖于可精确调控的声学增益介质；而现有基于机械驱动的增益方案（如压电换能器或机电扬声器）因带宽窄、响应非线性及增益稳定性差等固有缺陷，难以满足上述要求。

本工作提出一种普适性调控策略：通过主动调制非厄米系统的增益-损耗分布实现复杂耦合系数的精确构造，并进一步结合激光诱导热声效应（Laser-Induced Thermoacoustics, LIT），在统一的声学平台中首次实现了PT对称性与反PT对称性之间的可控相变。为突破声学增益介质难以精准构建的技术瓶颈，研究人员实验引入碳纳米管（CNT）薄膜作为光热转换介质—该薄膜可在532 nm脉冲激光辐照下高效激发热声响应。得益于其亚微米级厚度与优异的光热转换效率，CNT薄膜与LIT效应协同构成迄今最具可控性的声学增益平台，为发展高效率、宽频带、可集成的光声换能器件提供了新范式。尤为关键的是，上述所有相变过程均可在宽频带范围内通过连续、独立地调控激光功率、初始相位及系统几何参数得以精确实现，且不受传统损耗材料固有色散特性的制约。LIT与PT对称性的深度融合，不仅贯通了非厄米物理学中“增益-损耗工程”与“对称性调控”两大核心维度，更开辟了通过外部光学参量动态重构声学非厄米体系、进而实现多态相变的新路径。

该平台由激光诱导光声增益系统与声学PT对称测量系统构成，如图1所示。

图1. 光声非厄米系统的示意图

图2. 非厄米系统在传递矩阵条件下的散射响应展现出可控的相变行为

图3. LIT诱导的声学非厄米系统的相变

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-026-69986-