近日，我院研究团队与武汉大学、吉首大学等单位合作，围绕厄米与非厄米拓扑物理开展多体系研究，在非阿贝尔Hatano-Nelson模型、临界非厄米边界态、几何依赖水下拓扑超声腔等方向取得系列进展，相关成果相继发表于物理学国际顶级期刊《Physical Review Letters》（PRL）以及权威期刊《Physical Review B》 (PRB)，丰富了电路、声学人工经典系统拓扑物理的研究成果。
非阿贝尔规范场与非厄米效应的耦合是当前拓扑物理的前沿热点，但是该方向的实验实现一直面临很大挑战。围绕这一问题，我院青年教师吴吉恩与武汉大学刘正猷院士团队合作，在电路实验平台构建带有非互易U(2)非阿贝尔规范场的Hatano‑Nelson模型，依靠近邻非阿贝尔耦合实现了霍普夫链形式的复能谱编织，产生了独特的双极性趋肤效应，进一步通过印制电路板在实验上直接观测到具有霍普夫链构型的导纳能谱以及双极性趋肤模式。该工作打通了非阿贝尔物理与非厄米趋肤效应之间的实验研究通路，为后续设计多功能非厄米器件开辟全新思路。该成果以“Implementing Non‑Abelian Hatano‑Nelson Model in Electric Circuits”为题发表于Physical Review Letters，武汉大学博士研究生陈相如和我院青年教师吴吉恩为论文共同第一作者，武汉大学胡叶剑博士后、邓伟胤教授、刘正猷院士为共同通讯作者，长沙理工大学为共一作者单位。
临界现象是非厄米物理的重要研究分支，现有研究大多聚焦于体态的临界非厄米趋肤效应，而拓扑边界态的临界行为始终缺乏实验证实。针对这一问题，我院研究团队基于非厄米Su-Schrieffer-Heeger模型搭建一维电路实验平台，首次实验观测到临界非厄米边界态。在热力学极限条件下，当在位电容取值为零时，两个边界态的本征矢量发生坍缩，形成奇异点；只要引入无穷小的在位电容，边界态本征矢量便会发生非连续跳变，几乎相互正交，进一步通过测量导纳本征矢量的空间分布完整证实了这一新奇临界现象。该工作丰富了临界非厄米物理的实验研究体系，对开发基于奇异点的高灵敏度传感器具有重要参考价值。该成果以“Observation of critical non‑Hermitian edge states in electric circuits”为题发表于Physical Review B，我院博士研究生胡瑞霞为论文第一作者，何兆剑教授、曾博文博士、邓科教授为共同通讯作者，长沙理工大学为论文唯一单位。
拓扑边界态具备抗背向散射的鲁棒传输特性，如何将拓扑边界态的能量有效局域在波导特定位置是一项亟待攻克的难题。针对这一问题，我院研究团队与武汉大学、吉首大学合作，基于厄米谷声子晶体，利用谷声子晶体波导搭配刚性反射镜，成功实现几何依赖型水下拓扑超声腔。实验结果表明，倾斜配置的反射镜能够延长谷极化翻转的时间延迟，实现声波能量在反射镜交界面处的强局域；而垂直反射镜会极大加快谷翻转速率，难以形成高品质声学腔。反射镜的倾斜角度可以直接调控谷态翻转时长，为水下超声探测、目标定位以及波导信号传输器件设计提供了新的技术方案。该成果以“Geometry‑dependent topological ultrasound cavities in valley sonic crystals”为题，发表于Physical Review B，吉首大学硕士研究生聂浪和武汉大学博士研究生方仪为论文共同第一作者，武汉大学何海龙教授、我院何兆剑教授、邓科教授为共同通讯作者，长沙理工大学为通讯作者单位。
上述系列研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、湖南省教育厅科研项目等资助。
（a）在非阿贝尔Hatano-Nelson电路中观测到霍普夫链形式的复能谱编织和双极非厄米趋肤效应 [Phys. Rev. Lett. 136, 106604 (2026)]。（b）在非厄米Su-Schrieffer-Heeger电路中观测到临界非厄米边界态 [Phys. Rev. B 114, 074107 (2026)]。（c）利用谷声子晶体实现几何依赖型水下拓扑超声腔 [Phys. Rev. B 113, L220102 (2026)]。
文章链接：
1. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/48wx-5gmj
2. https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/c7zm-yq1g
3. https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/hf4m-sql4
（图文/吴吉恩 一审/何兆剑 二审/刘斯 三审/张国强）
