回顧近年來(lái)非互惠電子技術(shù)的發(fā)展

光波和聲波的傳播本質(zhì)上是相互作用的。換句話說(shuō)，光和聲波以同樣的方式向前和向后傳播。

在波傳播中打破這種相互作用可以使包括隔離器和循環(huán)器在內(nèi)的所謂“單向”電子設(shè)備的發(fā)展成為可能。這些設(shè)備已經(jīng)顯示出了巨大的應(yīng)用前景，例如，在通信、雷達(dá)技術(shù)和量子計(jì)算。

哥倫比亞大學(xué)的研究人員最近進(jìn)行了一項(xiàng)研究，回顧了非交互電子設(shè)備的發(fā)展進(jìn)展。他們的論文發(fā)表在《自然電子》雜志上，概述了過(guò)去幾年來(lái)介紹的隔離器和循環(huán)器，概述了它們的一些特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和局限性。

“隔離器可以保護(hù)基站中功率更高的發(fā)射機(jī)免受天線的反射，”進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一Harish Krishnaswamy告訴Phys.org?！傲硪环矫?，環(huán)行器用于雷達(dá)和新興的全雙工無(wú)線收發(fā)器，使發(fā)射機(jī)和接收機(jī)可以在同一天線上同時(shí)通信。”這兩種元件在新興的量子計(jì)算機(jī)中也有應(yīng)用，可以在不干擾的情況下測(cè)量量子位?！?/p>

大多數(shù)現(xiàn)有的非互易器件是由磁性材料制成的，例如鐵氧體，當(dāng)外加磁場(chǎng)作用于它們時(shí)，鐵氧體就會(huì)失去互易性。然而，鐵氧體可能很難或不可能集成到低成本的半導(dǎo)體制造過(guò)程中。

因此，用于非互易器件的磁性元件可能非常笨重和昂貴，這最終阻礙了它們的廣泛使用。在他們的綜述論文中，Krishnaswamy和他的同事詳細(xì)討論了這些挑戰(zhàn)，概述了一些策略，以降低全球研究團(tuán)隊(duì)提出的“單向”設(shè)備的成本。

Krishnaswamy解釋說(shuō):“在過(guò)去的幾十年里，人們對(duì)打破互惠性和在不使用磁性材料的情況下構(gòu)建非互惠組件產(chǎn)生了濃厚的興趣?！薄耙呀?jīng)證明，將時(shí)間調(diào)制應(yīng)用于電子電路會(huì)導(dǎo)致互反的中斷?！?/p>

Krishnaswamy和他的研究小組多年來(lái)一直在研究非交互成分，包括隔離器和循環(huán)器。在過(guò)去的五年里，他們的工作主要集中在基于開(kāi)關(guān)電路的元件上，這種電路可以通過(guò)時(shí)鐘類型的機(jī)制來(lái)工作。

Krishnaswamy說(shuō):“我們?cè)?016年的《自然通訊》雜志上報(bào)道了我們的第一個(gè)發(fā)現(xiàn)，這是第一個(gè)芯片上的循環(huán)器。”2017年，我們?cè)凇蹲匀煌ㄓ崱冯s志上發(fā)表了另一篇論文，報(bào)道了首個(gè)毫米波頻率的芯片上的循環(huán)器。從那以后，我們一直致力于改善各種性能指標(biāo)的極限，包括損耗、功率處理和帶寬。”

研究人員的新論文回顧了非交互電子學(xué)的歷史，從20世紀(jì)50年代進(jìn)行的早期研究到最近由他們和其他研究小組進(jìn)行的研究。他們的研究集中在開(kāi)發(fā)基于介電常數(shù)和電導(dǎo)率的時(shí)間調(diào)制單向"器件的方法，這已被發(fā)現(xiàn)是特別有前途的。

在他們的論文中，Krishnaswamy和其他作者也強(qiáng)調(diào)了聲-電子混合元件的潛力，這有助于解決和克服非互易磁部件的一些局限性。這些混合組件有許多可能的應(yīng)用。例如，它們可以使雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)明成為可能，這些雷達(dá)系統(tǒng)可以傳輸和接收信息，為通信提供高功率發(fā)射機(jī)，以及更有效的無(wú)線收音機(jī)。

最后，研究人員討論了這些電子元件在量子計(jì)算機(jī)和其他量子技術(shù)發(fā)展中的潛力，同時(shí)也觸及了這些裝置大規(guī)模應(yīng)用之前需要克服的一些挑戰(zhàn)。總的來(lái)說(shuō)，他們的論文對(duì)這一特定研究領(lǐng)域的進(jìn)展進(jìn)行了深入的總結(jié)，這可以為其他試圖開(kāi)發(fā)非互惠技術(shù)的團(tuán)隊(duì)提供指導(dǎo)。

Krishnaswamy說(shuō):“在過(guò)去的五年里，我們小組的工作主要集中在通信和雷達(dá)設(shè)備的非交互集成組件上?！薄拔磥?lái)，我們將把重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到量子計(jì)算應(yīng)用的低溫非交互組件上。”