我校景辉教授团队首次揭示旋转光学微腔中的宇称-时间反对称性

10月14日，国际权威期刊《Nano Letters》发表了我校景辉教授团队在微腔光子学与纳米颗粒灵敏探测方面的最新研究成果“Breaking Anti-PT Symmetry by Spinning a Resonator”【Nano Lett., 20, 7594–7599 (2020)】。

宇称-时间对称性揭示了非厄米系统在增益-耗散平衡条件下存在实数本征值，打破了传统量子力学理论中厄米算符的数学限制，引发了世界范围的研究热潮，一系列新奇效应如手性激光和拓扑能量转换等相继实现。2015年，宇称-时间光学被英国《自然-物理》杂志评为“最近10年最重要的十项物理学发现”之一。最近，不需要增益条件的宇称-时间反对称性引起人们关注，并相继在原子系统、热耗散系统、电路、非线性光学以及磁系统中获得实验实现。然而，这些工作或依赖材料结构的复杂设计，或依赖非线性相互作用，在相位匹配和激光功率阈值方面有严格要求，制约了其实际应用。

景辉教授团队与浙江大学、新加坡国立大学和日本理化学所合作，另辟蹊径，提出了以机械转动控制纯线性单光学腔来实现宇称-时间反对称的新方案。该方案无需任何非线性耦合或苛刻的相位匹配条件，对于激光功率也没有任何限制，在目前实验可行的转速范围内 （kHz量级），即可实现对称自发破缺，展示出明显优于厄米系统的单向光传输能力。此外，系统对外界环境的扰动，如邻近纳米颗粒的光学散射，也显现出明显增强的信号响应，比没有宇称-时间反对称性的常规厄米传感器灵敏度高2个数量级。该工作为宇称-时间光力学和宇称-时间反对称拓扑等的研究奠定了基础，并在大气污染监测（如PM2.5）及隐身探测等方面有潜在应用价值。

湖南师范大学是该论文的第一署名单位，景辉教授为唯一通讯作者，我校博士研究生张会来为第一作者，博士研究生黄然、硕士研究生张圣典为论文的第二、三作者，浙江大学李鹰研究员、新加坡国立大学仇成伟教授和日本理化学研究所Franco Nori教授参与了该研究工作。该工作获国家自然科学基金重点项目和面上项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c03119