回顧近年來非互惠電子技術(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，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)顯示出了巨大的應用前景，例如，在通信、雷達技術(shù)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(shè)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(shè)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(gòu)建非互惠組件產(chǎn)生了濃厚的興趣?！薄耙呀?jīng)證明，將時間調(diào)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(guān)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(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(shù)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)?？偟膩碚f，他們的論文對這一特定研究領(lǐng)域的進展進行了深入的總結(jié)，這可以為其他試圖開發(fā)非互惠技術(shù)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(shè)備的非交互集成組件上。”“未來，我們將把重點轉(zhuǎn)移到量子計算應用的低溫非交互組件上?！?/p>