近日，上海理工大學(xué)理學(xué)院變換熱學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理與復(fù)雜系統(tǒng)研究中心金鵬博士與合作者，在非厄米物理與擴(kuò)散超構(gòu)材料交叉方向取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“擴(kuò)散輸運(yùn)中的瞬時(shí)反宇稱時(shí)間對(duì)稱性“（Temporal anti-parity-time symmetry in diffusive transport）為題，于2025年12月10日發(fā)表在《自然·物理》（Nature Physics）上。金鵬博士為該論文共同第一作者，上海理工大學(xué)理學(xué)院是該論文的第一完成單位。論文的通訊作者是黃吉平教授（復(fù)旦大學(xué)）、仇成偉教授（新加坡國(guó)立大學(xué)）。
以光場(chǎng)“夾住”并操控微粒、細(xì)胞和病毒的光鑷技術(shù)曾兩度摘得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（1997年、2018年），深刻塑造了人類(lèi)對(duì)微觀世界的操控方式。受此啟發(fā)，課題組與合作者將“鑷子操控顆?！钡睦砟钔茝V為“鑷子操控能量”的新路徑，運(yùn)用非厄米宇稱時(shí)間/反宇稱時(shí)間對(duì)稱性的思想，將對(duì)能量與信息流的精細(xì)調(diào)控從波動(dòng)體系拓展至擴(kuò)散體系。盡管近年來(lái)擴(kuò)散超構(gòu)材料中已涌現(xiàn)出熱局域、熱拓?fù)鋺B(tài)等重要進(jìn)展，但大多仍停留于“靜態(tài)范式”，即功能在設(shè)計(jì)階段即被固化為特定相態(tài)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)能量在時(shí)間域內(nèi)的主動(dòng)抓取、拖拽與定點(diǎn)捕獲。打破這一瓶頸的關(guān)鍵在于：能否將“相變何時(shí)發(fā)生”變成可編程的自由度，把非厄米控制從“設(shè)計(jì)空間結(jié)構(gòu)”升級(jí)為“編排時(shí)空過(guò)程”。
圍繞這一核心問(wèn)題，本工作提出“時(shí)間調(diào)制反宇稱時(shí)間對(duì)稱性”的新原理，將非厄米相變的觸發(fā)時(shí)刻視作可直接“下達(dá)的命令”，通過(guò)在恰當(dāng)時(shí)刻非絕熱地切換材料屬性與對(duì)流狀態(tài)，精確跨越奇異點(diǎn)（EP點(diǎn)），從而把系統(tǒng)的輸運(yùn)歷史寫(xiě)成可控的“時(shí)間腳本”。研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了可重構(gòu)的“三環(huán)熱超構(gòu)材料”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用“兩個(gè)階段、一個(gè)時(shí)刻”的時(shí)間協(xié)議：在起始的“輸運(yùn)階段”，環(huán)一、環(huán)二、環(huán)三以相同的轉(zhuǎn)速v運(yùn)轉(zhuǎn)（或，環(huán)一v；環(huán)二、環(huán)三-2v）。使環(huán)一上的溫度波包可按需順流推進(jìn)（或，逆流而上）；當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)設(shè)的切換時(shí)刻t時(shí)，系統(tǒng)同步執(zhí)行材料與速度的雙重切換——中間環(huán)的嵌入介質(zhì)由空氣瞬時(shí)替換為銅，第二環(huán)停止旋轉(zhuǎn)、第三環(huán)反向至-v，而第一環(huán)保持旋轉(zhuǎn)——使環(huán)間熱交換率h跨越奇異點(diǎn)閾值（h >hEP），系統(tǒng)進(jìn)入“俘獲階段”，溫度波包在目標(biāo)位置被鎖定。為確定最優(yōu)切換時(shí)刻，引入深度學(xué)習(xí)模型，以溫度峰值的初始與目標(biāo)位置為輸入預(yù)測(cè)t，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度波包在時(shí)空中的精準(zhǔn)調(diào)度。由此，系統(tǒng)首次在對(duì)流-擴(kuò)散體系中實(shí)現(xiàn)了“鑷子式”的熱操控：既能沿對(duì)流方向高效傳輸并定點(diǎn)俘獲，也能逆對(duì)流方向?qū)崿F(xiàn)反常輸運(yùn)并在任意位置穩(wěn)固鎖定。
該研究將擴(kuò)散體系中的非厄米物理從“靜態(tài)相”拓展至“可編程的時(shí)空腳本”，以“能量鑷子”的形式為按需能量管理提供了全新工具，展示了在智能熱管理中的直接應(yīng)用前景，有望在微電子與算力系統(tǒng)中將冷卻能量主動(dòng)引導(dǎo)至關(guān)鍵單元，在熱電與可再生能源領(lǐng)域通過(guò)動(dòng)態(tài)塑造溫差場(chǎng)突破靜態(tài)效率瓶頸。更重要的是，這一時(shí)間調(diào)制對(duì)稱性范式提供了波與能量“四維（時(shí)空）控制”的通用藍(lán)圖，可望拓展至光、聲與自旋等平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)光脈沖按需存儲(chǔ)與釋放、沖擊波攔截以及自旋波的精確引導(dǎo)，推動(dòng)超構(gòu)材料設(shè)計(jì)從“空間中的靜態(tài)響應(yīng)”邁向“時(shí)間調(diào)制的動(dòng)態(tài)演化”。
論文原理圖
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41567-025-03129-8
