非厄米物理新突破：基于奇异点的磁传感器实现灵敏度跃升

研究人员针对传统磁传感器灵敏度瓶颈，通过将磁光(MO)效应与奇异点(EP)非厄米系统相结合，构建了可调谐光学腔传感器。该器件利用液晶吸收器引入偏振依赖损耗，在EP附近实现磁场-频率响应的平方根增强特性，灵敏度较传统方案提升数倍，为光纤可穿戴医疗设备及量子传感提供新路径。

　　

在智能手机导航、硬盘数据读写、车辆里程检测等日常场景中，磁传感器扮演着不可或缺的角色。然而，传统磁传感技术面临灵敏度提升的瓶颈——通常需要复杂的外部放大或低温环境来实现微弱磁场检测。近年来，非厄米物理学中的奇异点(Exceptional Point, EP)现象为传感器设计带来新思路：通过巧妙引入损耗机制，反而能增强系统对微扰的响应灵敏度。这一反直觉的原理已在光学腔和机械系统中得到验证，但如何将其应用于磁传感领域仍是一个挑战。

德克萨斯A&M大学量子科学与工程研究所的Y. Ruan等人发表于《Nature Photonics》的研究，首次将磁光效应与奇异点物理相结合，构建出具有可调谐特性的高灵敏度磁传感器。该工作通过在被视为“损耗缺陷”的液晶吸收器中发掘出增强潜能，实现了经典电动力学领域的灵敏度突破，并为量子探针的进一步应用奠定基础。

关键技术方法包括：1) 构建包含磁光晶体和液晶吸收器的光学腔结构，通过法拉第效应实现磁场-折射率转换；2) 利用液晶提供偏振依赖损耗(κ_H和κ_V)，调控系统达到奇异点条件；3) 采用双洛伦兹线型分析处理椭圆偏振输出信号，精确提取模式分裂数据；4) 通过调节损耗参数实现EP位置可调，适配不同强度磁场检测场景。

研究结果

奇异点增强的磁光响应机制

通过推导系统相互作用哈密顿量H=?(ν_H-iκ_H igB; -igB ν_V-iκ_V)，发现在满足gB=(κ_H-κ_V)/2且ν_H=ν_V时系统出现EP。当磁场强度超越EP临界值，模式分裂从抑制状态转为平方根增长，显著增强对弱磁场的响应灵敏度。

可调谐传感特性的实验实现

通过调节液晶吸收器对垂直偏振的损耗κ_V，可动态调整EP对应的临界磁场值。该系统在校准后成为可调谐传感器，在不同EP配置下均表现出优于传统方案的误差灵敏度，且无需主动增益元件即实现稳定增强。

多物理系统的普适性模型

该工作可推广至双耦合振荡器模型(ω₁-iγ₁ g₁; g₂ ω₂-iγ₂)，不仅适用于PT对称系统，也可拓展至反PT对称系统。非对称耦合系数(g₁≠g₂)进一步为时间晶体形成和量子超辐射放大等现象提供研究平台。

结论与意义

该研究首次证实了纯被动损耗系统在EP附近可实现磁传感灵敏度增强，突破了以往依赖增益-损耗平衡系统的限制。通过磁光效应与非厄米物理的融合，为光纤可穿戴设备（如脑功能诊断织物）和高精度原子系统传感器提供新技术路径。这种通过“引入损耗增强性能”的逆向思维，不仅革新了磁传感技术范式，更为非厄米物理在传感领域的应用开辟了广阔前景。