2025-05-25 数码 0
近日，南方科技大学物理系副教授吴紫辉课题组在光捕获和光束缚的非厄密性方面取得了突破性的进展。他们的研究成果，以“Non-Hermitian physics for optical manipulation uncovers inherent instability of large clusters”为题，在著名学术期刊Nature Communications上发表。这项工作不仅对光捕获和光束缚这一具有数十年历史的领域进行了深入探讨，而且还拓宽了非厄密物理学的研究范围。
光捕获与光束缚是1969年和1989年由科学家们发现并研究的现象，它们在生物学、胶体科学以及涉及微粒操控等多个领域引起了广泛关注。亚瑟·阿什金因其在开发光镊技术方面的贡献获得了2018年的诺贝尔物理学奖。而非厄密物理学作为一个新兴领域，近期也吸引了一大批研究者的关注。吴紫辉课题组通过将这两个看似无关联的话题结合起来，并应用非厄密理论来探索它们之间的联系，使我们得以窥见物理学研究的一个全新视角，并对这个古老而又充满活力的领域有了更深刻的理解。
对于那些被认为能够稳定地聚集形成特定结构的小颗粒团簇来说，一种被普遍接受的事实是，当这些颗粒受到足够强烈的一种称作“激励”的力时，它们会寻找一种能量最优化的地位，这些团簇就像电子一样可以被称作“物质”。然而，与传统意义上的电子束缚不同的是，这种基于激励力的束缚是一种非保守过程，因此传统理论并不适用。在这种情况下，吴紫辉课题组考虑到了这种非保守性，并发现了一些奇异点，即振动谱中的奇异点，这意味着从稳定到不稳定的相变发生。在这个过程中，振动频率变得复杂，而允许能量通过某种方式输入并破坏这些团簇结构。此外，对于较大的团簇系统，其总是在达到不稳定的阈值之下，因为随着粒子数量增加，振动谱变得越来越接近简并，只需很小一丁点儿来自激励力的耦合，就足以推动整个系统跨过奇异点。这意味着只有当背景阻尼力（如流体或气态）提供额外支持时，大型团簇才可能实现长时间内的一致状态。
实验中观察到的所谓“稳定”状态实际上是由于存在这样的背景阻尼力才维持下来，而不是单纯依赖于激励力量。如果没有这些额外力量的大力支持，那么即使使用最先进技术，也难以保持大型团簇在固定位置长时间运行的情景。因此，可以说，“控制大规模聚集物品”的能力远比人们想象中要困难得多。
此次工作由李肖博士担任第一作者，他负责论文的大部分内容编写；刘益能助理教授参与早期模拟工作；林志芳教授提供关键程序开发支持；陈子亭讲席教授监督项目进行；吴紫辉副教授担任通讯作者。此项工作得到了国家自然科学基金、深圳市自然科学基金、香港特别行政区科研资助局以及裘槎基金会的大力资助。该文链接可访问：https://www.nature.com/articles/s41467-021-26732-8
供稿单位：南方科技大学物理系
通讯员：许馨文
主图制图人：丘妍
编辑责任者：朱增光
