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电子领域首次构建暂态宇称时间对称系统

来源:中国科学报2022-02-23 10:15

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  湖南大学电气与信息工程学院教授杨鑫课题组与华中科技大学教授祝雪丰、同济大学教授祝捷合作,利用第三代功率半导体器件——碳化硅MOSFET,首次在电子领域构建了暂态宇称时间(PT)对称系统。该系统以半导体器件开关瞬态作为触发,通过损耗调制避免了经典PT对称结构对增益/损耗的严苛要求,通过参量演化在奇异点发现了一种反常识的损耗诱发的最大阻尼特性。相关论文在线发表于《物理评论快报》。

  PT对称是描述微观物体运动基本理论的量子力学中的概念。传统量子理论认为,实际系统必须是厄米系统,即具有实数本征值。1998年,美国科学家Carl M. Bender和Stefan Boettcher发现存在一类非厄米—哈密顿算符,它们的本征值也为实数并满足几率守恒。自此,PT对称在光学、声学、电学领域中造就了大量颠覆性成果。

  以往的PT对称结构往往针对强迫振荡模式,未涉及暂态振荡模式,且对增益与损耗都有较严苛的要求。杨鑫课题组利用第三代电力电子开关器件低损耗的特点,构建了开关耦合振荡电子系统,依据系统开关状态进行了等效电路变换,通过暂态向量法以及Laplace变换,成功在开关振荡瞬态过程中构建了隐藏的PT对称哈密顿算符。

  研究人员从所构建PT对称电子系统频域和动态特性分析中展示了相移过程特征向量的正交性。更重要的是,课题组提出的暂态PT电子系统无需对激励源进行复杂的预先调制,通过损耗调制在暂态PT系统的奇异点诱发了最优振荡抑制,从而使得第三代半导体器件开关速度快和损耗低的优势得以完全发挥,对于大功率极高功率密度变换器装备的研制有重要意义。此外,课题组也打破了经典PT对称电子系统中物理参数对称的要求。

  研究人员表示,该成果将进一步拓展PT对称理论的适用领域,在电子系统电磁干扰抑制、耦合系统暂态分析、机械减振降噪等领域具有良好的应用前景。(见习记者王昊昊)

  相关论文信息:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.065701

[ 责编:赵宇豪 ]
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