主动力学超构材料中非厄米拓扑及其体边对应的观察

近年来，拓扑的数学概念已被用来预测和利用诸如光或声音之类的波在材料中的传播。然而，到目前为止这些进展都是在理想状态下实现的，即波不会衰减。在拓扑绝缘体中包含非厄米特征的活动激增，包括对无序、无结构系统、拓扑激光器和泵浦的可调谐波导。在这些系统中，通常会引入有源器件，打破时间反演对称性以创建具有单向边缘模式的拓扑绝缘体，泵浦拓扑保护的边缘模式，从而在非厄米设置中利用厄米拓扑。大量的理论研究将拓扑绝缘体的概念推广到厄米材料中无法实现的真正的非厄米相。然而，这种非厄米拓扑及其体边对应关系仍然是一个激烈的争论。一方面，通常的体边对应关系在非厄米环境下会失效，另一方面，针对非厄米系统的新拓扑不变量被提出，以捕捉其边缘模式的特殊性质。非厄米拓扑系统（能量不守恒）的出现推动了理论的进步，特别是引入了只能存在于非厄米系统中的新拓扑相。然而，这些相是否能被实验观察到，它们的性质是什么，仍然是一个悬而未决的问题。

       近日，荷兰阿姆斯特丹大学Ananya Ghatak识别并观察到一种特殊的非厄米拓扑相的体边对应形式。发现了整体非厄米拓扑不变量的变化会导致拓扑边模局部化的改变，同时也会导致一些特殊的非厄米性质。利用量子到经典的类比，创建了一种具有非互易相互作用的力学超构材料，在这种材料中，通过实验观察了预测的体边对应关系，证明了它的鲁棒性。这项研究为非厄米拓扑学领域和以前所未有的方式操纵波开辟了道路，可以用于减振、能量收集和传感技术。相关研究发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。（徐锐）

文章链接：Ghatak, A., et al., Observation of non-Hermitian topology and its bulk–edge correspondence in an active mechanical metamaterial. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020.
       https://doi.org/10.1073/pnas.2010580117