“宇稱-時間”對稱性（Parity-Time symmetry）的概念來源于量子力學，可以看作是經典量子力學理論在復數域的推廣。對于一個與外界無能量交換的保守系統而言，其哈密頓量在厄米共軛下具有不變性，則稱這類哈密頓量是厄米的。厄米性確保了量子系統的本征值為實數（可觀測量）且滿足幾率守恒；而對于一個非厄米的開放系統，通常認為能量的流入與流出必然伴隨著復數本征值的出現。 （a）前向入射（上）與反向入射時的聲學能量密度場分布的理論模擬（左）與實驗測量（右）結果 （b）圖（a）中的白色虛線所對應的聲場分布；折射率的實部與虛部調制的區域分布 （c）3000Hz前向入射聲學駐波的模擬與測量波形 （d）不同頻率下Gf/Gb比值的模擬與實驗值
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這種超構材料晶體由周期性交替放置的凹槽狀和微孔狀超構材料組成，二者分別用于構造無源宇稱時間對稱勢場所要求的空間折射率實調制和虛調制，因此能夠在由宇稱時間對稱相到破缺相的奇異點附近（實調制幅度等于虛調制幅度）向入射波提供固定大小的非配對波矢，從而形成單向無反射的現象。
更為重要的是，聲學系統允許該非配對波矢在二維空間中的靈活調控。這是在實驗上實現的具有二維空間分布的無源聲學宇稱時間對稱系統。
該工作不僅確認了無源聲學系統作為一個良好實驗平臺在研究宇稱時間對稱性物理問題方面的可行性，而且展現了在高維空間中自由調控單向波矢所能實現的*聲波操控方式。
單向反射聲聚焦現象在一定寬度的頻帶上（高于布拉格共振頻率）都能夠觀察到，這來源于不同頻率在不同位置（圖3a中的星形標志）形成的方向性波矢匹配。測量得到的干涉條紋（圖3b）很好的驗證了這一點。同時，不同頻率形成的焦點位置位于一個較小的區域內（圖3c和圖3d），清晰地展示了單向聚焦效應對有一定帶寬的入射波同樣有效。
原文引自“兩江科技評論”微信公眾號。
| （a）模擬得到的2500、2850、3050、3150 Hz的聲場能量密度場 （b）及其對應的實驗測量結果 （c）&（d）白色虛線所對應的聲場能量分布 |
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