回顧近年來非互惠電子技術的發(fā)展

光波和聲波的傳播本質上是相互作用的。換句話說，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)器在內的所謂“單向”電子設備的發(fā)展成為可能。這些設備已經顯示出了巨大的應用前景，例如，在通信、雷達技術和量子計算。

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

“隔離器可以保護基站中功率更高的發(fā)射機免受天線的反射，”進行這項研究的研究人員之一Harish Krishnaswamy告訴Phys.org。“另一方面，環(huán)行器用于雷達和新興的全雙工無線收發(fā)器，使發(fā)射機和接收機可以在同一天線上同時通信?！边@兩種元件在新興的量子計算機中也有應用，可以在不干擾的情況下測量量子位?！?/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，當外加磁場作用于它們時，鐵氧體就會失去互易性。然而，鐵氧體可能很難或不可能集成到低成本的半導體制造過程中。

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和他的同事詳細討論了這些挑戰(zhàn)，概述了一些策略，以降低全球研究團隊提出的“單向”設備的成本。

Krishnaswamy解釋說:“在過去的幾十年里，人們對打破互惠性和在不使用磁性材料的情況下構建非互惠組件產生了濃厚的興趣?！薄耙呀涀C明，將時間調制應用于電子電路會導致互反的中斷?！?/p>

Krishnaswamy和他的研究小組多年來一直在研究非交互成分，包括隔離器和循環(huán)器。在過去的五年里，他們的工作主要集中在基于開關電路的元件上，這種電路可以通過時鐘類型的機制來工作。

Krishnaswamy說:“我們在2016年的《自然通訊》雜志上報道了我們的第一個發(fā)現(xiàn)，這是第一個芯片上的循環(huán)器?！?017年，我們在《自然通訊》雜志上發(fā)表了另一篇論文，報道了首個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的極限，包括損耗、功率處理和帶寬?！?/p>

研究人員的新論文回顧了非交互電子學的歷史，從20世紀50年代進行的早期研究到最近由他們和其他研究小組進行的研究。他們的研究集中在開發(fā)基于介電常數(shù)和電導率的時間調制單向"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和其他作者也強調了聲-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用。例如，它們可以使雷達系統(tǒng)的發(fā)明成為可能，這些雷達系統(tǒng)可以傳輸和接收信息，為通信提供高功率發(fā)射機，以及更有效的無線收音機。

最后，研究人員討論了這些電子元件在量子計算機和其他量子技術發(fā)展中的潛力，同時也觸及了這些裝置大規(guī)模應用之前需要克服的一些挑戰(zhàn)。總的來說，他們的論文對這一特定研究領域的進展進行了深入的總結，這可以為其他試圖開發(fā)非互惠技術的團隊提供指導。

Krishnaswamy說:“在過去的五年里，我們小組的工作主要集中在通信和雷達設備的非交互集成組件上?！薄拔磥?，我們將把重點轉移到量子計算應用的低溫非交互組件上?！?/p>