湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院教授楊鑫課題組與華中科技大學(xué)教授祝雪豐、同濟(jì)大學(xué)教授祝捷合作，利用第三代功率半導(dǎo)體器件——碳化硅MOSFET，首次在電子領(lǐng)域構(gòu)建了暫態(tài)宇稱時(shí)間(PT)對(duì)稱系統(tǒng)。該系統(tǒng)以半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)瞬態(tài)作為觸發(fā)，通過(guò)損耗調(diào)制避免了經(jīng)典PT對(duì)稱結(jié)構(gòu)對(duì)增益/損耗的嚴(yán)苛要求，通過(guò)參量演化在奇異點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了一種反常識(shí)的損耗誘發(fā)的最大阻尼特性。相關(guān)論文在線發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。
PT對(duì)稱是描述微觀物體運(yùn)動(dòng)基本理論的量子力學(xué)中的概念。傳統(tǒng)量子理論認(rèn)為，實(shí)際系統(tǒng)必須是厄米系統(tǒng)，即具有實(shí)數(shù)本征值。1998年，美國(guó)科學(xué)家Carl M. Bender和Stefan Boettcher發(fā)現(xiàn)存在一類非厄米—哈密頓算符，它們的本征值也為實(shí)數(shù)并滿足幾率守恒。自此，PT對(duì)稱在光學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)領(lǐng)域中造就了大量顛覆性成果。
以往的PT對(duì)稱結(jié)構(gòu)往往針對(duì)強(qiáng)迫振蕩模式，未涉及暫態(tài)振蕩模式，且對(duì)增益與損耗都有較嚴(yán)苛的要求。楊鑫課題組利用第三代電力電子開(kāi)關(guān)器件低損耗的特點(diǎn)，構(gòu)建了開(kāi)關(guān)耦合振蕩電子系統(tǒng)，依據(jù)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行了等效電路變換，通過(guò)暫態(tài)向量法以及Laplace變換，成功在開(kāi)關(guān)振蕩瞬態(tài)過(guò)程中構(gòu)建了隱藏的PT對(duì)稱哈密頓算符。
研究人員從所構(gòu)建PT對(duì)稱電子系統(tǒng)頻域和動(dòng)態(tài)特性分析中展示了相移過(guò)程特征向量的正交性。更重要的是，課題組提出的暫態(tài)PT電子系統(tǒng)無(wú)需對(duì)激勵(lì)源進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)先調(diào)制，通過(guò)損耗調(diào)制在暫態(tài)PT系統(tǒng)的奇異點(diǎn)誘發(fā)了最優(yōu)振蕩抑制，從而使得第三代半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)速度快和損耗低的優(yōu)勢(shì)得以完全發(fā)揮，對(duì)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(jīng)典PT對(duì)稱電子系統(tǒng)中物理參數(shù)對(duì)稱的要求。
研究人員表示，該成果將進(jìn)一步拓展PT對(duì)稱理論的適用領(lǐng)域，在電子系統(tǒng)電磁干擾抑制、耦合系統(tǒng)暫態(tài)分析、機(jī)械減振降噪等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。(見(jiàn)習(xí)記者 王昊昊)
關(guān)鍵詞： 電子領(lǐng)域 暫態(tài)宇稱時(shí)間對(duì)稱系統(tǒng) 半導(dǎo)體器件
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