浸大馬冠聰教授揭示物理新機制 深化「異常缺陷」理解

在非厄米系統中，傳統的奇異點涉及孤立特徵向量的平行，以及複數能量的簡並。雖然這些奇異性推動了高精度傳感等先進應用，但通常需要精確調校參數方能實現，而且相關物理現象本質皆局限於極窄的頻寬限制。

為克服這些限制，物理及超材料講座教授馬冠聰教授帶領研究團隊，將傳統奇異點的概念大幅延伸，提出「異常缺陷」的概念。

這一框架將研究焦點從個別向量轉移到整個特徵空間。異常缺陷的特徵是：具有相同且任意大維度的整個特徵空間完全平行，並伴隨著整個連續譜的重合。缺陷態不再出現於複數譜中的孤立點，而是廣泛存在於連續譜之中。這種結構性轉變取決於分塊三角矩陣，其中的不變子空間使高維空間能夠完全對齊，即使其組成的對角塊包含不同的厄米和非厄米矩陣。
 

動力學與拓撲效應

馬教授表示：「當應用於一維雙鏈晶格等物理結構時，異常缺陷會產生意想不到的行為，超越了既有的拓撲體邊對應。」受此現象支配的系統會表現出非厄米趨膚效應這一局域化機制的異常缺失或存在。在這種機制下，連續譜中的狀態通常僅依附於開放邊界。通過將一條厄米鏈與一條非厄米鏈單向耦合，研究人員觀察到了具協同效應的趨膚傳播動力學。

取決於鏈間躍遷的特定方向，波包可能經歷如趨膚效應的放大傳播，或傳播增強的趨膚效應等顯著現象。在這些情況下，局域化的邊界趨向與體傳輸動態結合。波不再被困於邊緣，而是可以經歷定向放大，同時通過非缺陷子空間提供的強韌傳播通道逸出。

實驗實現與未來應用

透過配備可程式化電子反饋控制的主動式力學晶格，這些理論已得到驗證。馬教授指：「藉由調節個別機械振子的固有頻率和耦合參數，研究人員可以通過實驗繪製出穩態頻率響應和隨時間變化的波演化。」物理測量結果證實，擴展模式和趨膚模式可以大量共存。此外，在能譜中引入常數偏移，即可靈活調節這些不同模式的比例，為控制波的局域化和傳播提供了一條可靠的途徑。

異常缺陷的實驗驗證為多個物理學分支開闢了全新視角。由於異常缺陷涉及連續譜而非孤立點，它為長久以來阻礙傳統奇異點元件的窄頻限制提供了解決方案。這種寬頻能力對於實際工程任務特別有利，不僅能為開發大動態範圍的超靈敏傳感器，更為模式控制和激光技術帶來重要突破。
 

論文發佈於《Nature Physics》：https://www.nature.com/articles/s41567-026-03259-7
馬教授研究專頁：https://scholars.hkbu.edu.hk/en/persons/PHGCMA

馬冠聰教授

科學與科技學院