一项新研究为可随意控制和修改性能的新材料铺平道路

相变是物质从一种相转变为另一种相的过程，相变的临界点自古以来都是物理学各个领域的研究中心，在临界点处发生的物理相变引发了人们的诸多思考，成为诸多领域的研究热点。

相变最常见的例子一种特性的相变，比如水的固、液、气三相可通过改变温度实现相变；而比较少见的是两种特性同时发生变化，比如超导体在冷却到绝对零度时，在完全失去电阻的同时会改变磁性，即同时发生电阻与磁性的相变；因此，进一步实现三种特性的同时变化，即实现三重相变成为相变研究领域的一个重大挑战。1977年，Philip Warren Anderson、Sir Nevill Francis Mott 与 John Hasbrouck van Vleck 三人因对磁性和无序体系电子结构的基础性理论研究而荣获诺贝尔物理学奖。Anderson 局域化相变（即金属-绝缘体相变）成为研究热点。

2016年，David J. Thouless， F. Duncan M. Haldane 和 J. Michael Kosterlitz 三人因发现了物质的拓扑相变和拓扑相而荣获诺贝尔物理学奖。

近两年，随着拓扑物理的深入研究，研究人员开始考虑在更贴合实际的非厄米系统中建立拓扑理论体系。

关于 Anderson 局域化相变、拓扑相变、PT 对称相变的研究一直是凝聚态物理乃至整个物理领域的研究重点，通常人们认为这三个相变都是相互独立的，关于它们的研究亦是独立的，这三种相变的同时实现与以往常识相悖。这三种相互独立的相变是否存在一种未知的相关性？能否同时实现？这些问题如何解决是非厄米拓扑领域研究的挑战。

近期，来自德国罗斯托克大学 Alexandser Szameit 教授带领的研究团队与 米兰理工大学 的 Stefano Longhi 教授合作，从实验观测到了拓扑相变、PT 对称相变、金属-绝缘体相变的同时实现，即改变一个参数，实现了三重相变。在这种情况下，人造材料的三个基本特性会突然发生变化：拓扑性、电导率以及能量交换。由于之前认这三种主要材料特性很大程度上是相互独立的，该发现挑战了既定观点。

科学家团队的发现表明，以前被认为相互独立的材料特性, 以一种以前未知的方式相关。该研究可能为全面了解复杂材料的内部运作铺平道路。

该团队解释称“准晶体的发现获得了 2011 年的诺贝尔奖，准晶这一物质既不是传统的固体也不是真正的液体，在物理学中具有特殊的地位，在自然界中天然存在的准晶，只在俄罗斯远东的陨石中发现，因此地球上存在的准晶体都是人工生产的，在本实验中亦是如此，通过以独特的方式将光路交织在数公里的光纤中，可以模仿准晶中电子的运动，当我们随后研究该准晶中的光传输特性时，惊人地发现了 Anderson 局域化相变、拓扑相变、PT 对称相变的三重相变，这种三重相变的发现代表着从光到声甚至电子等所有类型的波的传播的基础科学的突破。”

该研究结果近期以“Topological triple phase transition in non-Hermitian Floquet quasicrystals”为题在线发表在 Nature。

与 2020 年该团队基于非厄米趋肤效应（non-Hermitian skin effect, 简称NHSE）的非厄米拓扑相变而提出的“拓扑光漏斗”类似，该研究团队在该工作中同样利用一种耦合光纤环来构建人工合成维度准晶——弗洛凯 Aubry-André-Harper 模型（简称：Floquet AAH 模型），并通过控制耦合光纤环中的各向异性耦合构建非厄米系统，实现 NHSE，从而研究如何同时实现非厄米拓扑相变、PT 对称相变以及 Anderson 局域化相变三重相变。

这一研究成果将准晶、Floquet、PT 对称、非厄米拓扑多个自由度结合，从而实现了以往从未设想过的准晶中相变的“三重奏”，为非厄米拓扑理论提供了全新的理解角度，亦为非厄米拓扑实现新型光声学应用的进一步发展提供了基础。获 取 更多前沿科技 研究 进展访问：https://byteclicks.com