近日，我院声学团队与武汉大学刘正猷教授团队合作，在非厄米拓扑声学领域取得重要成果，相关研究成果以《Acoustic Exceptional Line Semimetal》为题，发表于物理学领域顶级期刊《Physical Review Letters》（《物理评论快报》）。武汉大学博士生胡叶剑和我院青年教师吴吉恩为共同第一作者，武汉大学邓伟胤教授、王自昱教授、柯满竹教授和刘正猷教授为共同通讯作者。304am永利集团为共一作者单位。

非厄米拓扑相在凝聚态物理领域备受关注，其独特的性质，如源于复平面非平凡能谱拓扑的趋肤效应，为众多研究方向提供了新的思路。而在三维非厄米系统中，奇异线半金属的研究一直是一个具有挑战性的课题，尤其是其完整的非厄米体-边对应关系，此前尚未得到充分探索。

该研究工作在三维节线半金属声子晶体中引入损耗，形成奇异线半金属。通过在耦合波导中引入精心设计的损耗，使节线环分裂成一对由三维鼓面体态连接的奇异环。这些奇异环同时具备波函数拓扑和谱拓扑两种特性。波函数拓扑由波函数缠绕数表征，能产生二维鼓膜表面态；谱拓扑由能谱缠绕数或谱面积体现，可以保证结构表面依赖的趋肤效应。

该研究工作首先基于面心立方晶格构建三维奇异线半金属紧束缚模型，通过理论计算详细阐述了奇异环的拓扑性质（图1）。在实验方面，制作了三维非厄米声子晶体样品，利用声学腔和耦合波导分别模拟模型中的格点和耦合，精确测量了能带色散和声压场分布，从而成功在实验上证实了奇异环、鼓膜体态、鼓膜表面态以及非厄米趋肤效应（图2）的存在。这一研究成果具有重要的科学意义和潜在的应用价值。从理论层面看，它揭示了三维非厄米奇异线半金属的完整非厄米体-边对应关系，为非厄米拓扑物理的研究提供了重要的理论依据。在应用方面，该成果为设计非厄米声学器件开辟了新的途径，有望在声学传感器、声学滤波器等领域实现创新性应用，推动相关技术的升级与发展。

   

图1. （a）奇异线半金属紧束缚模型。（b）-（d）包含奇异环的体色散。（e）波函数缠绕数。（f）能谱缠绕。

                            

图2. （a）具有金字塔形状的奇异线半金属声子晶体。（b）频谱缠绕。（c）频谱的实部。（d）-（f）面趋肤效应测量。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.116606