原文已发表在CPL Express Letters栏目

Received 4 March 2022; 

online 12 April 2022

基于对流和温度场非对称耦合机制提出了一种新的热拓扑效应，显示出非厄米热拓扑在热收集等相关研究中的广泛应用潜力。

(a) 二维双波导结构中对流(±v)和非对称耦合调制(ρ_1,2)导致的温度场锁相非对称分布。(b) 多波导Hatano-Nelson紧束缚模型中对流和非对称耦合调制导致的锁相扩散趋肤效应。

通过研究热扩散系统中的类波动效应可以为热流操控提供新的调制手段和自由度，由此建立的扩散耦合模式理论为温度场振幅和相位精确调控提供了有效理论指导。从哈密顿量出发，在波动系统中通常有两种方式可实现非厄米效应，一种是直接的振幅增益/损耗调制，另一种是间接的非对称耦合调制。而在热扩散系统中，这两种非厄米效应仅需通过在波导结构中引入不同方向的对流[Ying Li et al. Science 364, 170 (2019)]或改变耦合环密度比[Pei-Chao Cao et al. Commun. Phys. 4, 230 (2021)]即可实现。在此基础上可进一步研究热扩散系统中的物理对称性、奇异点和非厄米拓扑效应。

最近，华中科技大学祝雪丰教授课题组和浙江大学李鹰研究员合作，提出了一种新的锁相扩散趋肤效应。首先以双波导结构为基础，研究了对流(±v)和非对称耦合(ρ_1,2)对相位和振幅的连续调制作用；进一步，分别在反宇称—时间对称阵列波导和Hatano-Nelson阵列波导中研究了对流导致的锁相效应和非对称耦合导致的扩散趋肤效应；最后，通过向非对称耦合Hatano-Nelson阵列中的相邻波导引入反向对流，发现温度场的锁相扩散趋肤效应，系统中的温度场聚集于边界波导且相邻波导间的相位差保持稳定。该研究显示出非厄米热拓扑对温度场操控的巨大潜力，该效应有望用于拓扑热收集和产生高效热电效应。

作者注意到Stefano Longhi教授在最近的一篇预印本文章(arXiv:2204.01541)中，通过对非对称耦合Hatano-Nelson激光腔阵列进行增益/损耗调制，同时提出锁相非厄米趋肤效应的概念。其设计的结构可稳定输出特定单模激光，显示出该效应在高质量激光器研发中的潜在应用价值。

综上所述，锁相扩散趋肤效应的研究为人们从振幅和相位进行拓扑热操纵提供了一种新的调制方式，这将为热收集、拓扑热传感和相关效应在波动系统中的对应研究带来新的启示。