高品质因子（Quality Factor, Q因子）与高灵敏度是面向微小扰动检测无线传感器的核心指标。尽管宇称-时间（Parity-Time, PT）对称动力学的引入有望提升性能，但现有对称方案往往表现出受限的传感行为，其实现面临三大固有难题：电容响应与耦合强度响应的解耦困难、增益与损耗参数的精密匹配/调谐需求，以及对强耦合强度的依赖。本研究提出了一种不依赖平衡增益-损耗构型的基于临界点（Critical Point, CP）的无线传感器新概念，在实现探测距离延长的同时获得了超高Q因子。得益于尖锐且深度的反射谷特性，该CP方案可解析低至1.92×10−4的耦合系数变化，并具有频率无关响应特性。此外，在弱耦合条件下，该方案无需主动调谐其他参数，即可识别小至2.5×10−5的非对称电容扰动。
该研究针对传统无线电感-电容（Inductor-Capacitor, LC）传感及PT对称方案在高分辨率与高灵敏度难以兼得、实用化受限的瓶颈，提出了一种基于非厄米临界点（CP）的新型传感架构。研究人员通过构建包含有源读取器与无源传感器的双RLC耦合模型，结合耦合模理论与哈密顿量分析，证明了CP可在不严格平衡增益与损耗的条件下实现本征频率简并，从而获得单一且极窄的共振峰。实验结果表明，该方案Q因子可达4304，较PT对称方案和传统方案分别提升约48倍和215倍，探测距离延长至3.6厘米。在耦合强度传感中，该方案实现了反射幅度与距离的线性响应，成功将耦合系数分辨率提升至1.92×10−4，且具备优异的噪声抑制能力。在电容传感方面，该方案突破了PT对称系统对非对称扰动的敏感性限制，实现了亚飞法（sub-fF）级别的电容变化检测，并在两线圈及三线圈系统中均验证了性能的灵活可调性。该成果发表于《SCIENCE ADVANCES》，为下一代高分辨率、抗干扰无线传感平台提供了重要的物理基础与技术路径。
研究人员主要采用的理论与关键技术方法包括：基于耦合模理论（Coupled-Mode Theory）的非厄米哈密顿量建模，用于解析CP条件下的本征频率特性；构建由有源读取器（增益参数g）与无源传感器（损耗参数γ）组成的双RLC串联谐振电路等效模型；利用矢量网络分析仪（Vector Network Analyzer, VNA）测量反射系数（S11）以表征Q因子与传感响应；通过精密位移平台控制线圈间距以调节耦合系数（κ），并结合叉指电极与压力敏感结构设计实现电容扰动测试。
RESULTS
Concept of CP-based wireless sensors
研究人员构建了由两个电感耦合RLC串联谐振器组成的非厄米CP无线传感器系统，定义了包含增益参数g的有源读取器和包含损耗参数γ的无源传感器。通过求解特征方程，推导出CP条件为κCP= √(gγ)，打破了PT对称所需g=γ的严格限制，允许增益与损耗的不平衡配置。
CPs for coupling strength (κ) sensing
针对传统PT方案难以解耦耦合强度与电容响应的问题，研究人员利用CP处本征频率简并且对耦合强度不敏感的特性，采用反射幅度变化而非频率偏移进行传感。实验证明，在3.6厘米探测距离下，可分辨10微米的位移变化，对应耦合系数分辨率达1.92×10−4，较PT对称方案提升7倍以上，且信号与距离在对数尺度下呈良好线性关系。
CPs for asymmetric capacitive sensing in two coupled RLC tanks
研究人员在传感器侧引入非对称电容扰动，发现CP方案在γg两种机制下均能实现清晰的反射谷响应。当γ趋近于0时，Q因子理论上无上限，且灵敏度保持在1/2。实验验证了该方案可检测低至2.5×10−5的电容扰动，对应约0.6 fF的电容变化，远优于传统方案。
CPs for asymmetric capacitive sensing in three coupled RLC tanks
研究人员将CP概念扩展至三RLC谐振器系统，引入额外损耗组件（γm）。理论推导表明，在满足g·γ·γm+ g·κm2= γm·κ2条件下可获得多种CP状态。实验证实，随着κ增大接近广义例外点（Generalized Exceptional Point, GEP），灵敏度进一步提升，同时保持了设计灵活性。
Demonstration of CP-based wireless capacitive proximity and pressure sensors
研究人员集成了叉指电极与压力敏感结构，制备了原型传感器。实验显示，CP方案可检测约1帕斯卡的微小压力变化，较既往报道提升一个数量级；在矢量网络分析仪引入的机械振动噪声下，仍能可靠区分气流与呼气引起的不同响应，展现了卓越的抗噪能力与多物理量分辨能力。
DISCUSSION
研究人员指出，基于CP的方案从根本上解决了传统无线LC传感中灵敏度与耦合强度之间的权衡难题。该方案不仅实现了超高Q因子与远距离探测的结合，还具备耦合强度与电容响应的天然解耦能力。CP物理机制的引入为非厄米系统在真实电子器件中的应用开辟了道路，并可拓展至无线能量传输等领域。该工作标志着非厄米动力学向实用化无线传感技术转化的重要进展。
