物理学系黄吉平教授课题组近日合作在非厄米物理与扩散超构材料交叉方向取得新进展：提出并实验验证了“时间调制反宇称时间对称性”原理，首次在对流-扩散体系中实现温度波包的按需双向输运与定点俘获——既可随对流顺流而下，也可逆流而上，并可在任意目标位置精准锁定。相关成果以“Temporal anti-parity-time symmetry in diffusive transport”为题，于12月10日发表于Nature Physics。
以光场“夹住”并操控微粒、细胞和病毒的光镊技术曾两度摘得诺贝尔物理学奖（1997年、新万博体育,新万博注册），深刻塑造了人类对微观世界的操控方式。受此启发，课题组与合作者将“镊子操控颗粒”的理念推广为“镊子操控能量”的新路径，运用非厄米宇称时间/反宇称时间对称性的思想，将对能量与信息流的精细调控从波动体系拓展至扩散体系。尽管近年来扩散超构材料中已涌现出热局域、热拓扑态等重要进展，但大多仍停留于“静态范式”，即功能在设计阶段即被固化为特定相态，难以实现对能量在时间域内的主动抓取、拖拽与定点捕获。打破这一瓶颈的关键在于：能否将“相变何时发生”变成可编程的自由度，把非厄米控制从“设计空间结构”升级为“编排时空过程”。
围绕这一核心问题，该工作提出“时间调制反宇称时间对称性”的新原理，将非厄米相变的触发时刻视作可直接“下达的命令”，通过在恰当时刻非绝热地切换材料属性与对流状态，精确跨越奇异点（EP点），从而把系统的输运历史写成可控的“时间脚本”。系统首次在对流-扩散体系中实现了“镊子式”的热操控：既能沿对流方向高效传输并定点俘获，也能逆对流方向实现反常输运并在任意位置稳固锁定。
该研究将扩散体系中的非厄米物理从“静态相”拓展至“可编程的时空脚本”，以“能量镊子”的形式为按需能量管理提供了全新工具，展示了在智能热管理中的直接应用前景。
更重要的是，这一时间调制对称性范式提供了波与能量“四维（时空）控制”的通用蓝图，可望拓展至光、声与自旋等平台，实现光脉冲按需存储与释放、冲击波拦截以及自旋波的精确引导，推动超构材料设计从“空间中的静态响应”迈向“时间调制的动态演化”。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41567-025-03129-8
来源：物理学系
