PT对称非局域弹性晶格中的波操控：从完美俘获到波回旋效应

研究人员针对传统波导系统难以实现波包精确操控的难题，通过构建具有PT对称性和时空调制特性的非厄米弹性晶格，创新性地实现了波包的定向传播、完美俘获和逆向回旋。该研究通过非局域反馈作用调控色散关系，首次在弹性介质中实现了群速度从正到负的连续过渡及平带态调控，为弹性波信息处理提供了全新范式。

　　

在经典波物理领域，波导系统的色散特性往往制约着能量传输效率与操控精度。传统弹性晶格受限于厄米性约束，难以实现波包轨迹的主动调控，而现有非厄米系统又面临能量不守恒、模式不稳定等问题。如何突破这些限制，建立兼具稳定性和可调性的波操控体系，成为当前声子晶体与超材料研究的关键瓶颈。

研究人员创新性地将PT（宇称-时间）对称性与非局域弹性耦合相结合，构建了一维/二维时变弹性晶格模型。该系统通过精确平衡的增益-损耗反馈（如f_A = k_c[u_B^p-1 - u_A^p-1]与f_B = -k_c[u_A^p+1 - u_B^p-1]），在保持实数频谱的同时，实现了色散关系的动态重构。通过理论推导与数值模拟，该团队发现当非局域耦合强度γ_c = -0.5时，系统会出现跨越全部动量的平带色散（?ω/?κ=0），为波包俘获提供了理想条件；而当γ_c从负值过渡到正值时，群速度会发生符号反转，诱发独特的"波回旋"效应。相关成果发表在《Extreme Materials》期刊，为弹性波信息处理开辟了新途径。

关键技术包括：1）构建非局域PT对称动力学矩阵D(ω,κ)，通过Floquet-Bloch理论解析色散关系；2）采用绝热调制策略（|p_ij?γ_c/?t|?1）实现能带间无耗散转换；3）开发时空双重傅里叶变换技术，通过高斯窗函数G=e^{-(t-t₀)2/c2}提取波包时频特征。

1D晶格：完美俘获与波回旋效应
通过调制γ_c(t)参数，研究证实：当γ_c=-0.3→-0.7时，高频光学支群速度从正变负（图2d），波包运动发生逆向；而γ_c=-0.5时形成的平带态（图2c）可实现能量局域化，均方根误差分析显示能量泄漏率低于10%。

2D晶格：时空波导
在二维体系中（图4a），交叉反馈力f_A = k_cx[u_B^p-1,q - u_A^p-1,q] + k_cy[u_C^p-1,q - u_A^p-1,q]产生各向异性色散。当γ_cx=γ_cy=0.5时，系统出现全方向平带（图5a）；而周期性调制γ_cx=0.5(1+αcosθ)可实现波包360°转向（图5d），绝热参数优化使模式串扰降低至-20dB以下（图5e）。

该研究突破了弹性波操控的对称性限制，首次实现了：1）非耗散型波包静止俘获；2）群速度符号的主动切换；3）二维波导的时空编程。所提出的动态PT对称架构为声学计算、无损检测中的信号处理提供了新范式，其非局域耦合机制可拓展至量子声子器件设计领域。未来通过引入非线性相互作用，有望实现更复杂的波态拓扑操控。