通过非厄米零折射率材料的多值行为解锁巨型非互易性
光学
2025-09-09 v1
摘要
尽管爱因斯坦场方程是时间无关的，但黑洞视界的多值特征自然地实现了单向传输，从而通过时间无关的引力相互作用产生强烈的时间箭头。在此，我们实验上演了这一原理的光子类比，并揭示了时间反演对称的麦克斯韦方程的无限非互易性。通过设计一种非厄米零折射率磁光超波导，我们通过具有非零留数的例外点将该超波导复本征空间中的多值特征引入系统，从而为系统带来非局部的、路径依赖的历史记忆。因此，微弱的磁光响应可以将前向波和后向波导向两个具有显著不同动量和损耗的光子分支，从而产生远超磁光材料所施加限制的光学非互易性。我们制造了一种 a-Si/Ce:YIG 超波导，在 1575 nm 附近实现了 47.78 rad/mm 的非互易相移和 53.9 dB/mm 的非互易损耗，超过了最先进非互易器件一个数量级。我们的原理普遍适用于从微波到可见光的频率，可实现紧凑的隔离器、环行器和传感器。我们的原理还可扩展到非互易声学、弹性及热系统。所提出的新范式——协变且可逆物理系统中基于几何的强时间箭头——在弦理论、宇宙学和天文学等众多学科中具有广泛影响。
引用
@article{arxiv.2509.06121,
title = {Unlock giant nonreciprocity via multi-valued behavior of non-Hermitian zero-index materials},
author = {Yang Li and Yueyang Liu and Yucong Yang and Tianyi Zhang and Jianfeng Chen and Tian Dong and Fulong Shi and Phatham Loahavilai and Tianchi Zhang and Di Wu and Zixuan Wei and Dengfu Deng and Jun Qin and Longjiang Deng and Cheng-Wei Qiu and Lei Bi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.06121},
year = {2025}
}
备注
24 pages, 5 figures