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新的宇称—时间对称系统为研究人员和工程师打开波长范围
发布时间:2022-04-25 18:37:17 阅读:140

来源:美国圣路易斯华盛顿大学,布兰迪•杰斐逊(Brandie Jefferson);太赫兹研发网 余郑璟博士 编译

图片来源:Pixabay/CC0公共领域

    来自美国圣路易斯华盛顿大学(Washington University in St. Louis)麦凯维工程学院(McKelvey School of Engineering)实验室的研究人员,杨兰(音译)、Edwin H、Florence G. Skinner教授,以及张"Silvia"宣(音译)副教授,他们协同开发了第一个完全集成的宇称—时间对称电子系统。

    该系统的制造并不需要使用特异材料,只需要使用今天用于普通集成电路的标准微电子制造技术。

    该项研究已发表在2022年3月17日的《自然纳米技术》(Nature Nanotechnology)杂志上。

    宇称—时间对称系统允许用许多令人惊讶的新方法来操纵能量流。目前,这些方法可以在极低频声学域或极高频光学域的有限范围内工作。

    这项新技术将一个源自量子物理学领域并极具显著数学特性的概念应用到集成电路中。它为千兆至太赫兹范围的研究开辟了一个崭新的方向。

    “我们的工作打开了这一中间涵盖关键微波和毫米波部分(频谱)的应用,我们填补了这一空白,”张说到。

    “目前世界上还没有人能够建立起覆盖这个频率范围的宇称—时间对称系统。”

    这个系统的关键就是能够精确地平衡一个谐振器与另一个耦合谐振器的能量损失。这一特殊的平衡点就是宇称—时间对称性。这一对称性允许可以通过许多新型、强大的方法来操纵能量的流动与局部化。

    在镜子中,反射的镜像其实就具有宇称变换,右手反转成为左手,反之亦然。另外,向后回放的视频,就是一个时间反转的一个例子——视频中的事件在时间上向后移动。

    如果两个变换同时进行并且“相互抵消”——系统看起来和变换之前一样,那么该系统被称为具有宇称—时间对称性。

    这一概念已被用于耦合光子谐振器系统,来开发控制光流的新策略,例如非互易光传输。

    张教授实验室的博士后研究助理曹卫东(音译)表示,能够操纵更多的电磁频谱,开辟了对新发现和新技术的可能。

    实际上,这类系统是雷达、无线通信和电力传输系统的重要组成部分。目前,相关部件仍需要大型、磁性芯片。“但现在,我们可以把它们缩小到指甲盖大小的集成电路芯片上,”张教授表示。

    由于采用了一种新的制造技术,该系统具有可扩展性,因此更容易利用现有技术中的新功能。

    “集成电路的制造和我们电路的设计可以让你为电磁频谱的不同领域进行专门的构建,”曹卫东解释到。

    “我们的研究结果表明,在集成电路技术中引入宇称—时间对称性,将有利于基于芯片技术的广泛应用,如频率调制和微波传播操纵。”

    杨教授还表示,物理学对技术产生存在如此广泛和直接影响,这一潜在能力让她印象十分深刻。

    她补充说:“在一个已被业界广泛采用的平台上,这项以基础科学为指导的新设计,实现了卓越的性能与功能,这真令人欢欣鼓舞。”

 
 

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