【儀表網 研發快訊】近日，東南大學MEMS教育部重點實驗室黃慶安教授、董蕾副教授課題組，基于非線性宇稱-時間對稱性原理，實現高靈敏、寬動態范圍電感-電容(LC)傳感器成果，以“A nonlinear parity–time-symmetric system for robust phase sensing”(一種基于非線性宇稱-時間對稱系統的魯棒性相位敏感)為題在《自然電子》(Nature Electronics)上發表。
量子力學中力學量用算子表示，為保證可觀測量是實數，要求算子是厄密的。然而，1998年Bender等人提出，滿足宇稱-時間(PT)對稱性但不滿足厄密性的算子依然存在實數本征值，進而在物理學、光學、聲學、電學等領域引發了許多新奇的現象和應用。其中，2014年實現的奇異點(EP)增強感應，能大幅度提高傳感器的靈敏度，但同時，這種方案也存在爭議，因在奇異點處，本征值合并、本征矢坍塌，噪聲也會被同時放大。
該論文提出的EP增強感應方案，實現了雙重突破：其一，非線性飽和增益可以消除頻率本征值的虛部，壓制噪聲，顯著提升了傳感器的信噪比；其二，首次提出用增益-損耗諧振器之間的相位差作為敏感量，顯示出立方根奇異性，靈敏度比頻率敏感提升了一個數量級，且兼具更寬的動態范圍。
該論文基于非線性PT對稱的LC溫度敏感平臺，可測量溫度范圍為36 °C到55.5 °C，對應于給PT對稱系統施加0%到3.95%的非對稱微擾。實驗表明：歸一化相位靈敏度超過400、動態范圍超過53.52 dB、信噪比達63.8 dB，距離中心頻率2kHz處的相位噪聲均低于-85dBc/Hz。該研究解決了EP傳感方案有效性的爭論，提出了一種基于相位敏感的PT對稱傳感器新范式，可以進一步擴展到物理學、光學、聲學等傳感系統，展現出廣闊的應用前景。
東南大學集成電路學院博士研究生陳冬巖為論文第一作者，東南大學電子科學與工程學院董蕾副教授和集成電路學院黃慶安教授為論文共同通訊作者，東南大學為該成果的唯一完成單位。該研究得到了國家自然科學基金面上項目(62274030)和國家自然科學基金國家重大科研儀器研制項目(61727812)的資助。
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