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盡管對(duì)稱性提供了分解自然現(xiàn)象的解決方案，但對(duì)稱性破缺通過分裂退化產(chǎn)生了意想不到的物理現(xiàn)象。具有自發(fā)對(duì)稱性破缺的基于光子學(xué)的奇偶時(shí)間反轉(zhuǎn)對(duì)稱性（PT 對(duì)稱性），描述了開放系統(tǒng)，可能會(huì)導(dǎo)致非平凡的影響，例如損耗誘導(dǎo)激光、高功率單模激光器、渦流激光器、單向不可見性和非互易光傳播。具有 PT 對(duì)稱性的非厄米系統(tǒng)已在利用間接耦合（即近場(chǎng)耦合）的各種光子平臺(tái)中得到證明，例如波導(dǎo)、等離子體、超材料和光子晶體。為了證明傳統(tǒng)的基于光子的 PT 對(duì)稱性，由雙光子組件組成的設(shè)計(jì)不可避免地會(huì)介導(dǎo)間接耦合，因?yàn)楣庾颖举|(zhì)上是非交互式的。利用這些空間分離的光子組件，可以單獨(dú)誘導(dǎo)損耗和增益，以滿足具有反對(duì)稱增益/損耗分布的對(duì)稱實(shí)折射率；然而，由于系統(tǒng)對(duì)每個(gè)維度（即形狀和尺寸）的偏差很敏感，因此主動(dòng)和/或被動(dòng)控制耦合光子系統(tǒng)以在兩個(gè)光子組件之間形成簡(jiǎn)并本征能量是具有挑戰(zhàn)性的。

與傳統(tǒng)的光子平臺(tái)相比，激子 - 極化子 (polariton) 可以與激子庫和/或彼此相互作用。例如，極化子和操縱極化子勢(shì)能壘的激子儲(chǔ)層之間的相互作用已被用于生成非厄米簡(jiǎn)并的受限本征模式。然而，激子-極化子物理學(xué)并未考慮由激子分量介導(dǎo)的極化本征模式之間直接耦合的能力。由于傳統(tǒng)的基于半導(dǎo)體的腔中激子結(jié)合能低，通常還需要低溫來產(chǎn)生極化子。

研究人員在沒有任何復(fù)雜制造的狀況下，利用了線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)并光子模式橫截面中的這種六重對(duì)稱性，即向上三角形的回聲廊（光子）模式（tri↑-WGMs）和向下三角形- 耳語畫廊（光子）模式（tri↓-WGMs），如圖1所示。研究人員通過這個(gè)單一的六邊形微腔照射光線創(chuàng)建了新的激光系統(tǒng)，該微腔經(jīng)過了損耗調(diào)制的氮化硅襯底處理。然而，兩種純光子模式不能直接相互作用。

圖1. 基于六邊形微腔的極化非厄米系統(tǒng)

圖2. 三極子損耗控制的設(shè)計(jì)和制造

在利用回音壁極化子中的激子成分時(shí)，研究人員實(shí)現(xiàn)了向上三角形回音壁極化子（tri↑-polaritons）和向下三角形回聲壁極化子（tri↓-polaritons）之間的未探索的直接極化子耦合，即耦合的三-極化子對(duì)。在通過精確的損耗工程將耦合的三極化子對(duì)集成到高折射率基板中以滿足反對(duì)稱增益/損耗曲線時(shí)，研究人員展示了一個(gè)室溫極化 PT 對(duì)稱系統(tǒng)，其相變從不間斷到破裂。

研究人員觀察到了一個(gè)違反直覺的效果：損失變成了增益，因此即使在嚴(yán)重?fù)p失的情況下，極化子凝聚的閾值也會(huì)降低。因此，研究人員的研究結(jié)果提出了一種創(chuàng)新方法，從集成和設(shè)計(jì)的角度來看，包括非厄米系統(tǒng)在內(nèi)的實(shí)際耦合玻色子系統(tǒng)都可以提高自由度。

圖3. 耦合三極化子對(duì)的損耗依賴性

▲圖解：a. 六角線中檢測(cè)角的方向示意圖。b. 沿中心（左）和邊緣（右）檢測(cè)角 z 的角度分辨 μPL 圖像。實(shí)線 (Xc) 表示 C 激子能級(jí)。虛線代表三角形上極化子 (tri-UP)、腔光子 (tri-CP) 和下極化子 (tri-LP)，而虛線代表六角形上極化子 (hex-UP)、腔光子 (hex-CP) 和下 極化子（hex-LP）。c. 極化PT對(duì)稱結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡圖像。d. 位置相關(guān)的μPL光譜。e，f，隨著相對(duì)位置變化（f），tri↑-和tri↓-WGM的相應(yīng)峰值能量（e）和模擬光子損失