原文已发表在CPL Express Letters栏目

Received 1 December 2020; 

online 4 January 2021

首次从理论上揭示了对称性在非厄米线性散射问题中的作用，研究结果可应用于量子输运、光场调控、集成光学、新型超材料设计。

散射问题是量子物理、凝聚态物理、光学等领域共同关心的基本问题。在所有散射问题的研究中，散射动力学是否对称是一个关键；它同时也是介质中量子输运、光传播的一个核心问题。对称性在物理学中扮演着重要的角色，但是对称性的性质在非厄米物理中发生了根本性的变化。这促使人们重新研究了非厄米系统的对称性分类，人们也因此对非厄米拓扑相有了深入的理解。然而理解受对称保护的散射完全不同于理解受对称保护的拓扑相，目前人们对非厄米散射的理解停留在宇称-时间反演(PT)对称性可以保护透射的对称；一个任意的非厄米线性散射系统中透射和反射是否对称、是否受对称性保护、受何种对称性保护是非厄米物理中一个亟待解决的问题。

南开大学金亮、宋智研究组首次揭示了非厄米线性系统中不同对称性对散射的保护作用：时间反演(time-reversal)对称性保护透射对称或反射对称，赝厄米(pseudo-Hermitian)、反射(inversion)对称性均保护透射对称和反射对称，粒子-空穴(particle-hole)对称、手征(chiral)对称[即赝反厄米(pseudo-anti-Hermitian)]和子格(sublattice)对称均不能保证透射或反射的对称。系统具有的不同对称性对透射和反射的影响共存。采用非厄米对称性分类，厄米系统受赝厄米对称保护，因此研究结果同样适用于厄米系统。研究还表明，多端口散射系统容易实现非对称散射，非厄米两端口散射系统才可以实现非对称散射。此外，该研究在耦合微腔阵列系统中举例展示了多种通过破坏对称性保护设计满足光学非互易的非对称透射方案。

对称性保护为厄米和非厄米系统中展现出的对称和非对称的散射现象提供了基本见解。对称性保护不仅解释了非厄米物理实验中观察到的包括单向无反射、相干完全吸收、单向共振透射、单向激光等诸多有趣的对称和非对称的散射动力学现象；同时也为介观量子输运、光调控集成光学以及二极管、隔离器、调制器等片上功能光子器件设计提供了指导原则。

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