通过打破宇称-时间对称性实现巨非线性：低阈值声子二极管之路

仅允许波单向传输的非互易器件在电子学、光学、声学和热力学等许多科学领域都是不可或缺的。利用此类非互易器件操控声子可能具有广泛的应用，例如声子二极管、晶体管、开关等。实现非互易声子器件的一种方法是使用对声子具有强非线性响应的材料。然而，获得所需的强机械非线性并不容易，尤其是在少声子情况下。在此，我们提出了一种利用 $\mathcal{PT}$ 对称结构放大非线性的通用机制，并表明可以使用 $\mathcal{PT}$ 对称机械系统制造片上微尺度声子二极管，在该系统中，具有极弱机械非线性的有损机械谐振器与具有机械增益但无机械非线性的机械谐振器相耦合。当该耦合系统从 $\mathcal{PT}$ 对称区域转变到破缺 $\mathcal{PT}$ 对称区域时，机械非线性从有损谐振器转移到具有增益的谐振器，系统的有效非线性得到显著增强。由于 $\mathcal{PT}$ 对称结构诱导的增益-损耗平衡，这种增强的机械非线性几乎是无损耗的。随后，这种增强的无损耗机械非线性被用于控制声子传播的方向，并可大幅降低（超过三个数量级）观察单向声子传输所需的输入场强度阈值。我们提出了一种实验上可实现的此类无损耗低阈值声子二极管。我们的研究为构建片上少声子器件和混合声子-光子组件开辟了新视角。