湖南日報2月17日訊（記者 餘蓉）浩渺的宇宙中有無數普通或者奇妙的對稱性。如果物質同時滿足時間和空間對稱，科學家就認為他們滿足宇稱-時間對稱。近日，湖南大學電氣與資訊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態宇稱-時間對稱系統。
該研究成果以“Observation of Transient Parity-Time Symmetry in Electronic Systems”為題線上發表在《Physical Review Letters》（國際公認的物理學最頂級期刊），由於成果突出的重要性與創新性，成功入選編輯推薦“Editor's Suggestion”。湖南大學為第一單位，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專案研究。
宇稱-時間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，即具有實數本徵值。1998年，美國物理學家本德爾等人發現存在一類非厄米哈密頓算符，它們的本徵值也為實數並滿足機率守恆。自此，宇稱-時間對稱在光學、聲學、電學領域中造就了大量顛覆性的成果，包括諧振腔選模、超高靈敏度感測、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等。
暫態宇稱-時間對稱系統以半導體器件開關瞬態作為觸發，透過損耗調製避免了經典宇稱-時間對稱結構對增益/損耗的嚴苛要求，透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干擾抑制、耦合系統暫態分析、機械減振降噪等領域具有良好的應用前景。
以往的宇稱-時間對稱結構往往針對強迫振盪模式，未有涉及到暫態振盪模式；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，構建了開關耦合振盪電子系統，依據系統開關狀態進行了等效電路變換，透過暫態向量法以及Laplace變換，成功在開關振盪瞬態過程中構建了隱藏的宇稱-時間對稱哈密頓算符。從所構建宇稱-時間對稱電子系統頻域和動態特性分析中展示了相移過程特徵向量的正交性。
更重要的是，所提出的暫態宇稱-時間電子系統無需對激勵源進行復雜的預先調製，透過損耗調製在暫態宇稱-時間系統的奇異點誘發了最優振盪抑制，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，對於大功率極高功率密度變換器裝備的研製有重要意義。此外，課題組也打破了經典宇稱-時間對稱電子系統中物理引數對稱的要求。本專案成果將進一步拓展宇稱-時間對稱理論的適用領域。
[責編:餘蓉]
[來源:湖南日報]
