非厄米光学原子镜

      对称性和拓扑学的相关探索使得量子光学实现了重要突破，光与物质相互作用的非厄米物理特性也能够产生丰富现象。对于实现光物质相互作用的精细控制与构建新的量子光学装置和获得新功能至关重要。由于与自由空间发射产生的固有损耗使得具有偶极-偶极相互作用的原子阵列成为观察一系列非厄米物理现象的新切入点。人们提出在偶极子模式的协同响应的控制下，具有亚波长间距的原子阵列可以表征为高反射率的非厄米光学镜。对这种光学镜有着许多有趣预测，例如增强光子存储、拓扑量子光学、量子信息处理和相干完美吸收等。此外，非厄米物理中两个独特的现象是EP点的存在和非厄米的趋肤效应。EP点是非厄米矩阵中复数本征值和本征态的同时简并点，与EP点相关的黎曼表面拓扑在复数的能谱平面具有非平庸的绕曲从而引出了非厄米趋肤效应。即在开放边界条件下大量的本征态指数型局域在边界上，这也导致传统的体边关系失效。对此也出现了丰富的理论来解释非厄米的对应关系包括著名的非布洛赫能带理论。这个理论成功的解释了在具有有限范围耦合的一维系统中趋肤效应和指数化局域的趋肤模式，然而对于长程相互作用系统的非厄米现象较少发掘。

       近日，来自中国台湾大学物理系、台湾中央研究院原子与分子科学研究所的Yi-Cheng Wang等人通过偶极子模式相关的二维亚波长原子阵列的协调共振实现了一个高反射率的非厄米光学原子镜。并且提出能带的简并和EP点的出现是来源于降低了方形原子晶格的晶体对称性发展而来。与此同时，从其拓扑非平庸的能谱结构中，他们阐明了这种出现在缎带状中的与几何结构相关的非厄米趋肤效应。此外，位于边界处的趋肤模式表现出一种源于长程相互作用的无标度行为，其机制超出了非布洛赫能带理论的框架。他们的工作为研究非厄米特性、拓扑和长程相互作用打开了大门。相关研究工作发表在《Nature Communications》上。（张晓萌）

      文章链接：Yi-Cheng Wang et al. A non-Hermitian optical atomic mirror. Nature Communications (2022) 13:4598. https://doi.org/10.1038/s41467-022-32372-3