浸大马冠聪教授揭示物理新机制 深化「异常缺陷」理解

在非厄米系统中，传统的奇异点涉及孤立特徵向量的平行，以及复数能量的简并。虽然这些奇异性推动了高精度传感等先进应用，但通常需要精确调校参数方能实现，而且相关物理现象本质皆局限於极窄的频宽限制。

为克服这些限制，物理及超材料讲座教授马冠聪教授带领研究团队，将传统奇异点的概念大幅延伸，提出「异常缺陷」的概念。

这一框架将研究焦点从个别向量转移到整个特徵空间。异常缺陷的特徵是：具有相同且任意大维度的整个特徵空间完全平行，并伴随著整个连续谱的重合。缺陷态不再出现於复数谱中的孤立点，而是广泛存在於连续谱之中。这种结构性转变取决於分块三角矩阵，其中的不变子空间使高维空间能够完全对齐，即使其组成的对角块包含不同的厄米和非厄米矩阵。
 

动力学与拓扑效应

马教授表示：「当应用於一维双链晶格等物理结构时，异常缺陷会产生意想不到的行为，超越了既有的拓扑体边对应。」受此现象支配的系统会表现出非厄米趋肤效应这一局域化机制的异常缺失或存在。在这种机制下，连续谱中的状态通常仅依附於开放边界。通过将一条厄米链与一条非厄米链单向耦合，研究人员观察到了具协同效应的趋肤传播动力学。

取决於链间跃迁的特定方向，波包可能经历如趋肤效应的放大传播，或传播增强的趋肤效应等显著现象。在这些情况下，局域化的边界趋向与体传输动态结合。波不再被困於边缘，而是可以经历定向放大，同时通过非缺陷子空间提供的强韧传播通道逸出。

实验实现与未来应用

透过配备可程式化电子反馈控制的主动式力学晶格，这些理论已得到验证。马教授指：「藉由调节个别机械振子的固有频率和耦合参数，研究人员可以通过实验绘制出稳态频率响应和随时间变化的波演化。」物理测量结果证实，扩展模式和趋肤模式可以大量共存。此外，在能谱中引入常数偏移，即可灵活调节这些不同模式的比例，为控制波的局域化和传播提供了一条可靠的途径。

异常缺陷的实验验证为多个物理学分支开辟了全新视角。由於异常缺陷涉及连续谱而非孤立点，它为长久以来阻碍传统奇异点元件的窄频限制提供了解决方案。这种宽频能力对於实际工程任务特别有利，不仅能为开发大动态范围的超灵敏传感器，更为模式控制和激光技术带来重要突破。
 

论文发布於《Nature Physics》：https://www.nature.com/articles/s41567-026-03259-7
马教授研究专页：https://scholars.hkbu.edu.hk/en/persons/PHGCMA

马冠聪教授

科学与科技学院