近日，湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院楊鑫教授課題組，與華中科技大學(xué)祝雪豐教授、同濟(jì)大學(xué)祝捷教授合作，利用第三代功率半導(dǎo)體器件——碳化硅MOSFET，首次在電子領(lǐng)域構(gòu)建了暫態(tài)宇稱時(shí)間對(duì)稱 (Transient parity-time symmetry)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)瞬態(tài)作為觸發(fā)，通過(guò)損耗調(diào)制避免了經(jīng)典宇稱時(shí)間對(duì)稱結(jié)構(gòu)對(duì)增益/損耗的嚴(yán)苛要求，通過(guò)參量演化在奇異點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了一種反常識(shí)的損耗誘發(fā)的最大阻尼特性，該成果在電子系統(tǒng)電磁干擾抑制、耦合系統(tǒng)暫態(tài)分析、機(jī)械減振降噪等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

　　該研究成果以“Observation of Transient Parity-Time Symmetry in Electronic Systems”為題在線發(fā)表在《Physical Review Letters》，由于成果突出的重要性與創(chuàng)新性，作為亮點(diǎn)文章，成功入選編輯推薦“Editor’s Suggestion”。《Physical Review Letters》是國(guó)際公認(rèn)的物理學(xué)最頂級(jí)期刊、是物理領(lǐng)域最具曝光度的綜合性學(xué)術(shù)期刊，主要發(fā)表物理前沿領(lǐng)域重要的原創(chuàng)性研究成果。湖南大學(xué)為第一單位，楊鑫教授為第一作者，團(tuán)隊(duì)碩士生李嘉文、丁逸飛和許夢(mèng)偉參與了該項(xiàng)目研究。

　　宇稱—時(shí)間（PT）對(duì)稱是描述微觀物體運(yùn)動(dòng)基本理論的量子力學(xué)中的概念。傳統(tǒng)量子理論認(rèn)為實(shí)際系統(tǒng)必須是厄米系統(tǒng)，即具有實(shí)數(shù)本征值。1998年，Bender和Boettcher發(fā)現(xiàn)存在一類非厄米—哈密頓算符，它們的本征值也為實(shí)數(shù)并滿足幾率守恒。自此，PT對(duì)稱在光學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)領(lǐng)域中造就了大量顛覆性的成果，包括諧振腔選模、超高靈敏度傳感、單向聲隱身、單向無(wú)反射相變材料、遠(yuǎn)距離魯棒無(wú)線電能傳輸?shù)取?/p>

　　以往的PT對(duì)稱結(jié)構(gòu)往往針對(duì)強(qiáng)迫振蕩模式，未有涉及到暫態(tài)振蕩模式，且對(duì)增益與損耗都有較嚴(yán)苛的要求。課題組利用第三代電力電子開(kāi)關(guān)器件低損耗特點(diǎn)，構(gòu)建了開(kāi)關(guān)耦合振蕩電子系統(tǒng)，依據(jù)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行了等效電路變換，通過(guò)暫態(tài)向量法以及Laplace變換，成功在開(kāi)關(guān)振蕩瞬態(tài)過(guò)程中構(gòu)建了隱藏的PT對(duì)稱哈密頓算符。從所構(gòu)建PT對(duì)稱電子系統(tǒng)頻域和動(dòng)態(tài)特性分析中展示了相移過(guò)程特征向量的正交性。更重要的是，所提出的暫態(tài)PT電子系統(tǒng)無(wú)需對(duì)激勵(lì)源進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)先調(diào)制，通過(guò)損耗調(diào)制在暫態(tài)PT系統(tǒng)的奇異點(diǎn)誘發(fā)了最優(yōu)振蕩抑制，從而使得第三代半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)速度快和損耗低的優(yōu)勢(shì)得以完全發(fā)揮，對(duì)于大功率極高功率密度變換器裝備的研制有重要意義。此外，課題組也打破了經(jīng)典PT對(duì)稱電子系統(tǒng)中物理參數(shù)對(duì)稱的要求。本項(xiàng)目成果將進(jìn)一步拓展PT對(duì)稱理論的適用領(lǐng)域。

（a）耦合電子諧振系統(tǒng)在強(qiáng)迫振蕩中的示意，紅色球體代表有源PT對(duì)稱電子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)能量；

（b）強(qiáng)迫振蕩下處于穩(wěn)態(tài)的PT對(duì)稱電子系統(tǒng)；

（c）隨時(shí)間轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)狀態(tài)的暫態(tài)PT耦合振蕩電子系統(tǒng)。球體顏色從紅色到藍(lán)色表征能量的衰減；

（d）所提出的暫態(tài)PT對(duì)稱電子系統(tǒng)。

　　全文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.065701

　　來(lái)源：https://news.hnu.edu.cn/info/1102/30025.htm