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研究领域取得了突破性的进展，其相关成果以“Non-Hermitian physics for optical manipulation uncovers inherent instability of large clusters”为题，在学术期刊Nature Communications上发表。光捕获和光束缚自1969年和1989年被发现以来，就吸引了生物学、胶体科学以及微粒操控等多个学科的广泛关注，并且亚瑟·阿什金因其对光镊的开创性贡献获得了2018年的诺贝尔物理学奖。吴紫辉课题组通过将这两个主题相结合，运用非厄密理论来探索它们之间的联系，为我们揭示了物理研究新方向，同时深化了解历史已久的这一领域。
在实验中，光束缚指的是多颗粒子间散射出的光力形成稳定结构，这种现象就像电子与材料之间的束缚，但不同于传统厄密电子束缚，这里的非保守力使得传统理论不再适用。因此，吴紫辉课题组在考虑到非厄密性后，在奇异点出现时发现振动频率变为复数，可以允许能量泵入并“熔化”粒子结构，对于足够大的团簇系统总会达到不稳定的阈值，而随着粒子的增加，振动谱接近简并，使得小程度的非厄密耦合即可驱使系统通过奇异点。这意味着仅靠光力无法稳定大型团簇，而需要辅助背景阻尼力的帮助，因此更准确地称之为“光力-流体动力束缚”。
此次工作不仅更新了旧有的理论，也拓宽了非厄密物理学研究范围，与所有已发表实验结果一致。此外，该团队开发出的数学模型可以应用于任何具有位置上空间非保守力的开放系统，如声波或其他受辐射影响的系统。
图1展示了一颗单独粒子在奇异点下的状态，以及它与偏振角度之间关系。在图2中，我们看到随着粒子数量增加，大部分情况下都存在复数不稳定模式，这意味着大型团簇本质上是不稳定的。论文中的第一作者是李肖，他主要完成仿真分析工作；刘益能从早期模拟开始；林志芳提供关键程序；陈子亭则是项目发起人和监督者。而吴紫辉作为通讯作者，其所在南科大是该论文首发单位。这项研究得到了国家自然科学基金、深圳市自然科学基金、香港RGC及裘槎基金会的大额资助。
以上内容链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-26732-8
供稿：物理系
通讯员：许馨文
主图：丘妍
编辑：朱增光
