多稳态是非线性动力学系统中的核心特征，指系统在相同参数条件下可共存多个稳定状态，广泛影响系统的平衡性质、可调性及复杂行为。近年来理论预言的“隐藏多稳态”概念指出，某些稳态在传统连续参数扫描下无法被发现，这给实验观测带来了巨大挑战。近日，武汉大学物理学院邱春印教授团队在该方向取得重要进展。通过设计具有自聚焦与自散焦非线性的可编程声学系统，他们成功实现了对隐藏多稳态的实验观测与可控操纵。相关成果以“Experimental Observation of Hidden Multistability in Nonlinear Systems”为题发表在Physical Review Letters上（Selected as Editors’ Suggestion & Featured in Physics）。武汉大学博士生张琨与张起成副研究员为论文共同第一作者，邱春印教授为通讯作者。
在该工作中，研究团队针对非线性系统中复杂而重要的隐藏多稳态现象，开发并搭建了一种驱动—耗散型可编程非线性声学耦合腔系统。通过在系统中引入并精确调控自聚焦与自散焦克尔非线性之间的竞争关系，实验实现了隐藏多稳态的可控生成与稳定存在。除常规双稳态滞回行为外，实验进一步观测到半隐藏与完全隐藏的三稳态结构，并系统揭示了不同驱动频率与非线性参数条件下多稳态的形成机制及其动力学演化特征。针对隐藏稳态在传统连续参数扫描过程中嵌入于滞回结构、因而难以直接探测的关键挑战，研究团队发展了一种基于脉冲激发的动态控制方案，成功打破了连续扫描策略的限制，实现了对隐藏稳态的清晰显现及不同稳态之间的可控跃迁。该工作首次在实验上证实了隐藏多稳态的存在与可控性，不仅加深了对非线性系统中多稳态动力学的理解，也为多稳态体系在信息存储、信息加密与安全控制等方向的潜在应用提供了新的物理平台与调控思路。
图1.驱动-耗散型非线性谐振子模型及其多稳态特性。(a)模型示意；(b)多稳态相图；(c)典型多稳态：双稳态（上）、完全隐藏三稳态（中）、半隐藏多稳态（下）。
图2.非线性声学耦合腔系统。(a)可编程声学耦合腔系统；(b)自聚焦与自散焦克尔非线性；(c)非线性定量表征。
图3.常规连续扫描方式下的多稳态实验表征。(a)双稳态；(b)完全隐藏三稳态；(c)半隐藏三稳态。
图4.非常规脉冲激发方式下的隐藏态观测与操控。(a)正脉冲实现低稳态到高稳态与隐藏态的跃迁；(b)负脉冲实现高稳态到低稳态与隐藏态的跃迁；(c)完整隐藏态的观测。
该工作基于团队开发的非线性声学平台，首次在实验上观测并操控了隐藏多稳态这一此前仅停留在理论层面的非线性现象。通过结合非常规脉冲激发方法，研究成功实现了隐藏稳态的显现并动态控制了其与显式稳态之间的转化过程。该成果不仅深化了对非线性多稳态动力学机制的理解，也为多态系统的主动调控提供了新的实验范式。展望未来，团队发展的高度可编程的声学平台具备良好的扩展性，有望通过引入更多耦合腔或非线性形式实现更复杂的多稳态结构，并进一步融合非厄米效应、合成规范场、拓扑与时空调制等物理机制，为探索非线性拓扑与多稳态动力学的交叉物理提供通用实验平台。该工作得到了科技部重点研发计划和国家自然科学基金的资助。
注：南京大学陈泽国-陆延青合作团队亦在相关课题取得重要突破，其成果以“Nonlinear Coupling Induced Anomalous State Transfer and Complete Multistate Excitation via Adiabatic Control”为题，背靠背发表在同期Physical Review Letters上，展示了非线性耦合系统中多稳态设计与调控的新进展。
文章信息：
Kun Zhang, Qicheng Zhang, Shuaishuai Tong, Wenquan Wu, Xiling Feng, and Chunyin Qiu, Experimental Observation of Hidden Multistability in Nonlinear Systems,Phys. Rev. Lett. 136, 037201 (2026).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/5b5b-gnjw
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