近日，同济大学物理科学与工程学院李勇教授和王旭教授团队在非厄米声学与手性波调控研究方面取得进展。研究团队利用携带轨道角动量的声涡旋束，实现了手性相干完美吸收奇异点（Coherent Perfect Absorption at an Exceptional Point，CPA-EP），揭示了几何相位对吸收状态、奇异点转换及参数响应的调控作用。相关研究成果以“Absorbing Exceptional Point of Coherent Vortex Beams”为题发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

相干完美吸收是多通道相干入射条件下实现完全吸收的现象。奇异点是非厄米系统中的特殊简并点，其对应的本征值与本征态同时简并。已有研究大多基于空间端口或谐振模式构建CPA-EP体系，而携带轨道角动量的声涡旋束，可提供由拓扑荷表征的模式通道，为拓展CPA-EP的调控方式提供新的途径。

研究团队将拓扑荷相反的涡旋模式作为同一空间端口内的相干通道，通过声学超构表面调节模式耦合与耗散，使散射矩阵的本征值在实频率处同时归零、对应本征态合并，形成手性CPA-EP。在适当的入射幅值配比和相对相位条件下，不同入射模式产生的反射波相干相消，实现相干完美吸收。研究表明，改变入射模式的相对相位，可以调节吸声系数，使CPA-EP对应的完美吸收特征在吸收谱中隐藏，而系统本身仍处于奇异点；旋转超构表面则通过引入几何相位，在调节吸声状态的同时，实现不同CPA-EP之间的转换（图1）。   

图1、手性相干完美吸收奇异点的物理图像。a，系统在同一频率处同时满足散射矩阵简并和相干完美吸收条件。b，两种相反拓扑荷声涡旋束以恰当相位关系入射时，声学超构表面可实现完美吸收，单一模式入射时则产生明显反射。c，旋转超构表面引入几何相位，可改变系统的吸收状态并实现奇异点的切换。

实验结果表明，在适当的幅值配比和相对相位条件下，双模式相干入射使系统在设计频率附近实现近乎完全吸收，而单一模式入射时则呈现较低吸收。实验测得的声场幅值和相位分布与仿真结果基本一致，验证了利用涡旋模式相干耦合实现手性CPA-EP的可行性（图2）。此外，研究团队进一步发现，在几何相位的作用下，提高涡旋拓扑荷的绝对值，可以增强系统本征值对超构表面旋转角度扰动的响应。这表明，涡旋的轨道角动量为调节奇异点附近的参数响应提供了额外的自由度，可在二阶奇异点中实现与几何相位相关的本征值响应增强。     

图2、实验装置与测量结果。a，理论、仿真和实验得到的反射谱。b，实验平台和超构表面样品。c，双模式相干入射时，系统在设计频率附近实现近乎完全吸收。d，单一模式入射时，系统呈现低吸收。e，实验测得的声场幅值和相位分布与仿真结果吻合。

同济大学物理科学与工程学院博士生丁华和王泉森为论文共同第一作者，王旭教授和李勇教授为论文共同通讯作者。该研究工作得到教育部U40、国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市基础研究特区、小米青年学者和中央高校基本科研业务费等项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-78506-9