近日，2003网站太阳集团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體器件——碳化矽MOSFET，首次在電子領域構建了暫态宇稱時間對稱(Transient parity-time symmetry)系統。該系統以半導體器件開關瞬态作為觸發，通過損耗調制避免了經典宇稱時間對稱結構對增益/損耗的嚴苛要求，通過參量演化在奇異點發現了一種反常識的損耗誘發的最大阻尼特性，該成果在電子系統電磁幹擾抑制、耦合系統暫态分析、機械減振降噪等領域具有良好的應用前景。
該研究成果以“Observation of Transient Parity-Time Symmetry in Electronic Systems”為題在線發表在《Physical Review Letters》，由于成果突出的重要性與創新性，作為亮點文章，成功入選編輯推薦“Editor’s Suggestion”。《Physical Review Letters》是國際公認的物理學最頂級期刊、是物理領域最具曝光度的綜合性學術期刊，主要發表物理前沿領域重要的原創性研究成果。2003网站太阳集团為第一單位，楊鑫教授為第一作者，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。傳統量子理論認為實際系統必須是厄米系統，即具有實數本征值。1998年，Bender和Boettcher發現存在一類非厄米—哈密頓算符，它們的本征值也為實數并滿足幾率守恒。自此，PT對稱在光學、聲學、電學領域中造就了大量颠覆性的成果，包括諧振腔選模、超高靈敏度傳感、單向聲隐身、單向無反射相變材料、遠距離魯棒無線電能傳輸等。
以往的PT對稱結構往往針對強迫振蕩模式，未有涉及到暫态振蕩模式，且對增益與損耗都有較嚴苛的要求。課題組利用第三代電力電子開關器件低損耗特點，構建了開關耦合振蕩電子系統，依據系統開關狀态進行了等效電路變換，通過暫态向量法以及Laplace變換，成功在開關振蕩瞬态過程中構建了隐藏的PT對稱哈密頓算符。從所構建PT對稱電子系統頻域和動态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，所提出的暫态PT電子系統無需對激勵源進行複雜的預先調制，通過損耗調制在暫态PT系統的奇異點誘發了最優振蕩抑制，從而使得第三代半導體器件開關速度快和損耗低的優勢得以完全發揮，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，課題組也打破了經典PT對稱電子系統中物理參數對稱的要求。本項目成果将進一步拓展PT對稱理論的适用領域。
（a）耦合電子諧振系統在強迫振蕩中的示意，紅色球體代表有源PT對稱電子系統的穩态能量；
（b）強迫振蕩下處于穩态的PT對稱電子系統；
（c）随時間轉換開關狀态的暫态PT耦合振蕩電子系統。球體顔色從紅色到藍色表征能量的衰減；
（d）所提出的暫态PT對稱電子系統。
全文鍊接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.065701
來源：電氣院
0731-88820068
