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記者2月18日從湖南大學獲悉，該校電氣與信息工程學院楊鑫教授課題組，與華中科技大學祝雪豐教授、同濟大學祝捷教授合作，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)宇稱時間對稱 (Transient parity-time symmetry)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以半導(dǎo)體器件開關(guān)瞬態(tài)作為觸發(fā)，通過損耗調(diào)制避免了經(jīng)典宇稱時間對稱結(jié)構(gòu)對增益/損耗的嚴苛要求，通過參量演化在奇異點發(fā)現(xiàn)了一種反常識的損耗誘發(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、機械減振降噪等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

上述研究成果以“Observation of Transient Parity-Time Symmetry in Electronic Systems”為題，于2月10日在線發(fā)表在物理領(lǐng)域國際頂級期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)上，湖南大學為第一單位，楊鑫教授為第一作者，其團隊碩士生李嘉文、丁逸飛和許夢偉參與了該項目研究。

宇稱—時間(PT)對稱是描述微觀物體運動基本理論的量子力學中的概念。傳統(tǒng)量子理論認為，實際系統(tǒng)必須是厄米系統(tǒng)，即具有實數(shù)本征值。1998年，Carl M. Bender和Stefan 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數(shù)并滿足幾率守恒。自此，PT對稱在光學、聲學、電學領(lǐng)域中造就了大量顛覆性成果，包括諧振腔選模、超高靈敏度傳感、單向聲隱身、單向無反射相變材料、遠距離魯棒無線電能傳輸?shù)取?/p>

以往的PT對稱結(jié)構(gòu)往往針對強迫振蕩模式，未涉及到暫態(tài)振蕩模式，且對增益與損耗都有較嚴苛的要求。楊鑫教授課題組利用第三代電力電子開關(guān)器件低損耗的特點，構(gòu)建了開關(guān)耦合振蕩電子系統(tǒng)，依據(jù)系統(tǒng)開關(guān)狀態(tài)進行了等效電路變換，通過暫態(tài)向量法以及Laplace變換，成功在開關(guān)振蕩瞬態(tài)過程中構(gòu)建了隱藏的PT對稱哈密頓算符。

研究人員從所構(gòu)建PT對稱電子系統(tǒng)頻域和動態(tài)特性分析中展示了相移過程特征向量的正交性。更重要的是，課題組所提出的暫態(tài)PT電子系統(tǒng)無需對激勵源進行復(fù)雜的預(yù)先調(diào)制，通過損耗調(diào)制在暫態(tài)PT系統(tǒng)的奇異點誘發(fā)了最優(yōu)振蕩抑制，從而使得第三代半導(dǎo)體器件開關(guān)速度快和損耗低的優(yōu)勢得以完全發(fā)揮，對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對稱電子系統(tǒng)中物理參數(shù)對稱的要求。本項目成果將進一步拓展PT對稱理論的適用領(lǐng)域。

由于該項研究成果突出的重要性與創(chuàng)新性，上述論文被《物理評論快報》作為亮點文章，成功入選編輯推薦“Editor’s Suggestion”。只有1/7的《物理評論快報》錄用論文由于其特殊重要性、創(chuàng)新性以及廣泛的關(guān)注度，才有機會入選“Editor’s Suggestion”。(作者：王昊昊)