撰稿|课题组供稿
在该研究中，研究团队首先提出利用声学合成磁场来抑制一阶NHSE。其紧束缚模型如图1(a)所示。沿x方向的耦合是非对称的，可产生一阶NHSE。沿y方向的耦合是复数，可产生规范场A=B(0,x)，其中B为磁场。沿y方向的周期性不受磁场影响，可通过固定ky= 0将该二维模型简化为一维模型。由此得到的模型如图1(a)下图所示，该结构可在耦合声学环形腔体中实现[图1(b)]。图1(c)展示了不同B值下一维系统的本征态。当B=0时，所有本征态都局域在右边界，这是NHSE的标准特征。随着B的增加，越来越多的本征态被推向体内，表明NHSE被合成磁场抑制了。在耦合的环形结构[图1(d)]中引入复频率激发方式产生虚拟增益效果。通过捕捉样品所有位置的时域信号，实验获得了三个不同B值下声能量分布随时间的演化，如图1(f)所示。随着B的增加，部分能量停留在体内，而其余部分到达了右边缘[图1(f)中图]。通过进一步增加B，朗道量子化最终占据主导地位，压制了NHSE[图1(f)下图]。
图1. (a) 具有一阶NHSE的紧束缚模型。(b)耦合环结构的一个单元格。(c)不同磁场下系统的本征态。(d) 没有合成磁场的样品图。(e)不同频率下的耦合系数和反射系数。(f)不同合成磁场强度下，声波强度分布随时间的演化。
进一步，研究团队提出利用合成磁场诱发高阶NHSE。其二维实验样品如图2(a)所示。通过调节耦合环的大小及放置位置，可获得合成磁场及负耦合。当B=0时，系统边界上没有任何单向传播或角落局域化[图2(e)]。但当引入合成磁场时，测量得到的声强分布演化具有很大的不同，如图2(e)所示。当t>10 ms时，声波停止传播并局限在角落，表明出现了高阶趋肤效应。
合成磁场的引入在NHSE中扮演了关键作用。磁场打破了时间反演对称性，导致手性边界态的产生。此外，合成磁场的方向和强度还可影响趋肤效应的局域化模式，实现对系统行为的精细调控。NHSE对合成磁场的敏感性，以及与非厄米特性的结合，为可重构的拓扑器件的创造提供了可能，在信号处理、波动操控、能量收集和主动控制系统等广泛应用中展现巨大潜力。合成磁场和NHSE的相互作用机制可以普遍应用于更高维度的系统和其他波动系统，如具有赝磁场的狄拉克点系统和时间调制的光学系统等。
文章链接：
https://doi.org/10.1063/5.0213867
