湖南大學電氣與信息工程學院教授楊鑫課題組與華中科技大學教授祝雪豐、同濟大學教授祝捷合作，利用第三代功率半導體器件——碳化硅MOSFET，首次在電子領域構建了暫態(tài)宇稱時間(PT)對稱系統(tǒng)。該系統(tǒng)以半導體器件開關瞬態(tài)作為觸發(fā)，通過損耗調制避免了經典PT對稱結構對增益/損耗的嚴苛要求，通過參量演化在奇異點發(fā)現(xiàn)了一種反常識的損耗誘發(fā)的最大阻尼特性。相關論文在線發(fā)表于《物理評論快報》。
PT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(tǒng)量子理論認為，實際系統(tǒng)必須是厄米系統(tǒng)，即具有實數(shù)本征值。1998年，美國科學家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數(shù)并滿足幾率守恒。自此，PT對稱在光學、聲學、電學領域中造就了大量顛覆性成果。
以往的PT對稱結構往往針對強迫振蕩模式，未涉及暫態(tài)振蕩模式，且對增益與損耗都有較嚴苛的要求。楊鑫課題組利用第三代電力電子開關器件低損耗的特點，構建了開關耦合振蕩電子系統(tǒng)，依據(jù)系統(tǒng)開關狀態(tài)進行了等效電路變換，通過暫態(tài)向量法以及Laplace變換，成功在開關振蕩瞬態(tài)過程中構建了隱藏的PT對稱哈密頓算符。
研究人員從所構建PT對稱電子系統(tǒng)頻域和動態(tài)特性分析中展示了相移過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)無需對激勵源進行復雜的預先調制，通過損耗調制在暫態(tài)PT系統(tǒng)的奇異點誘發(fā)了最優(yōu)振蕩抑制，從而使得第三代半導體器件開關速度快和損耗低的優(yōu)勢得以完全發(fā)揮，對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，課題組也打破了經典PT對稱電子系統(tǒng)中物理參數(shù)對稱的要求。
研究人員表示，該成果將進一步拓展PT對稱理論的適用領域，在電子系統(tǒng)電磁干擾抑制、耦合系統(tǒng)暫態(tài)分析、機械減振降噪等領域具有良好的應用前景。(見習記者 王昊昊)
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