回顾近年来非互惠电子技术的发展

光波和声波的传播本质上是相互作用的。换句话说，光和声波以同样的方式向前和向后传播。

在波传播中打破这种相互作用可以使包括隔离器和循环器在内的所谓“单向”电子设备的发展成为可能。这些设备已经显示出了巨大的应用前景，例如，在通信、雷达技术和量子计算。

哥伦比亚大学的研究人员最近进行了一项研究，回顾了非交互电子设备的发展进展。他们的论文发表在《自然电子》杂志上，概述了过去几年来介绍的隔离器和循环器，概述了它们的一些特点、优点和局限性。

“隔离器可以保护基站中功率更高的发射机免受天线的反射，”进行这项研究的研究人员之一Harish Krishnaswamy告诉Phys.org。“另一方面，环行器用于雷达和新兴的全双工无线收发器，使发射机和接收机可以在同一天线上同时通信。”这两种元件在新兴的量子计算机中也有应用，可以在不干扰的情况下测量量子位。”

大多数现有的非互易器件是由磁性材料制成的，例如铁氧体，当外加磁场作用于它们时，铁氧体就会失去互易性。然而，铁氧体可能很难或不可能集成到低成本的半导体制造过程中。

因此，用于非互易器件的磁性元件可能非常笨重和昂贵，这最终阻碍了它们的广泛使用。在他们的综述论文中，Krishnaswamy和他的同事详细讨论了这些挑战，概述了一些策略，以降低全球研究团队提出的“单向”设备的成本。

Krishnaswamy解释说:“在过去的几十年里，人们对打破互惠性和在不使用磁性材料的情况下构建非互惠组件产生了浓厚的兴趣。”“已经证明，将时间调制应用于电子电路会导致互反的中断。”

Krishnaswamy和他的研究小组多年来一直在研究非交互成分，包括隔离器和循环器。在过去的五年里，他们的工作主要集中在基于开关电路的元件上，这种电路可以通过时钟类型的机制来工作。

Krishnaswamy说:“我们在2016年的《自然通讯》杂志上报道了我们的第一个发现，这是第一个芯片上的循环器。”2017年，我们在《自然通讯》杂志上发表了另一篇论文，报道了首个毫米波频率的芯片上的循环器。从那以后，我们一直致力于改善各种性能指标的极限，包括损耗、功率处理和带宽。”

研究人员的新论文回顾了非交互电子学的历史，从20世纪50年代进行的早期研究到最近由他们和其他研究小组进行的研究。他们的研究集中在开发基于介电常数和电导率的时间调制单向"器件的方法，这已被发现是特别有前途的。

在他们的论文中，Krishnaswamy和其他作者也强调了声-电子混合元件的潜力，这有助于解决和克服非互易磁部件的一些局限性。这些混合组件有许多可能的应用。例如，它们可以使雷达系统的发明成为可能，这些雷达系统可以传输和接收信息，为通信提供高功率发射机，以及更有效的无线收音机。

最后，研究人员讨论了这些电子元件在量子计算机和其他量子技术发展中的潜力，同时也触及了这些装置大规模应用之前需要克服的一些挑战。总的来说，他们的论文对这一特定研究领域的进展进行了深入的总结，这可以为其他试图开发非互惠技术的团队提供指导。

Krishnaswamy说:“在过去的五年里，我们小组的工作主要集中在通信和雷达设备的非交互集成组件上。”“未来，我们将把重点转移到量子计算应用的低温非交互组件上。”