近期，同济大学物理科学与工程学院祝捷教授团队联合南京大学先进制造学院郜贺助理教授和香港中文大学薛昊冉助理教授，在非厄米拓扑声学与波输运调控方面取得重要进展。相关成果以“Realization of Dissipation-Enhanced Topological Valley Transport in Phononic Crystal”为题发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。该研究通过在相邻拓扑谷通道中引入空间非均匀耗散，有效抑制通道间的模式杂化，使原有杂化带隙逐渐闭合，实现了耗散增强的拓扑谷输运。

耗散广泛存在于声学、光学和力学等波动系统中，通常会导致波幅衰减和传播距离缩短，因而被视为不利因素。然而，空间非均匀耗散不仅会引起能量损失，还能够重塑系统的复能谱和本征态，为调控模式耦合与波输运提供新的自由度。针对高密度拓扑器件中相邻通道耦合所引起的模式杂化与传输带隙，研究团队建立了由两条相邻反向传播通道组成的有效理论模型。研究发现，当仅在其中一条通道中引入耗散时，通道间的模式杂化受到抑制，杂化带隙随耗散增强逐渐缩小并最终闭合；与此同时，另一条无耗散通道中的传播衰减明显降低，从而实现反直觉的耗散增强输运。

图1、理论模型与耗散增强输运机制：（a）两条相邻反向传播波导通道及选择性耗散示意图；（b）杂化带隙随通道耦合强度和耗散强度的变化；（c-d）引入耗散前后传播衰减率的变化；（e-g）不同耗散强度下复能带的演化与带隙闭合过程；（h）目标通道中波幅随传播距离的变化。

在理论模型的基础上，研究团队进一步构建了具有两条相邻拓扑谷通道的蜂窝声子晶体，并通过微孔和吸声材料在其中一条界面附近引入可调局域耗散。实验结果表明，随着耗散增强，原杂化带隙范围内的声压响应逐渐提高，中断的界面态色散得到恢复，声波也更加集中于无耗散通道并传播得更远。在目标通道中的声压衰减率逐步降低，定量验证了空间非均匀耗散对通道间干扰的抑制作用及其对拓扑谷输运的增强效果。该成果揭示了耗散在波动系统中由损耗因素转化为调控手段的新机制，为实现低串扰、可重构和高集成度的拓扑波导器件提供了新思路。  

图2、耗散增强拓扑谷输运的实验表征：（a）非厄米声子晶体样品及局域耗散区域；（b）不同耗散强度下的实测频率响应；（c）目标通道中的声压空间衰减及指数拟合；（d）不同耗散强度下的实验与仿真色散；（e）3840 Hz处的声场分布。

南京大学郜贺助理教授和同济大学郭佳敏博士研究生为论文共同第一作者。同济大学祝捷教授、顾仲明副教授和香港中文大学薛昊冉助理教授为论文共同通讯作者。该研究工作获得国家自然科学基金、国家重点研发计划、香港研究资助局卓越领域计划等项目支持。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/pjlr-6t6w