基于有源晶体管的不可逆性或非线性。a）基于有源偏置晶体管的圆形连接的非磁性非可逆环行器。b）基于嵌入式有源晶体管的超材料支持非互易波传播。c）非线性隔离器在两种介质级联中的工作原理，其中ε1代表线性介质的介电常数，而ε'2和ε''2代表非线性介质介电常数的线性和非线性分量， 分别。d）基于级联非线性洛伦兹谐振器和非线性法诺谐振器的非线性隔离器33。

光波和声波的传播本质上是相互的。换句话说，光波和声波以相同的方式前进和后退。

打破这种在波传播中的互惠性，可以实现所谓的“单向”电子设备的开发，其中包括隔离器和循环器。这些设备在通信，雷达技术和量子计算等各种应用中显示出了广阔的前景。

哥伦比亚大学的研究人员最近进行了一项研究，回顾了不可逆电子设备开发的进展。他们的论文发表在《自然电子》（Nature Electronics）上，提供了过去几年引入的隔离器和循环器的概述，概述了它们的一些特性，优点和局限性。

进行这项研究的研究人员之一哈里什·克里希纳斯瓦米（Harish Krishnaswamy）对Phys.org说：“隔离器可以保护基站中较高功率的发射器免受天线反射的影响。” “另一方面，循环器用于雷达和新兴的全双工无线收发器中，以允许发射器和接收器同时使用同一根天线进行通信。这两个组件也都在新兴的量子计算机中得到了应用，从而可以在不干扰量子比特的情况下进行测量。”

现有的大多数不可逆装置都是由磁性材料制成的，例如铁氧体，众所周知，当向它们施加外部磁场时，它们会失去可逆性。但是，铁氧体很难或不可能集成到低成本的半导体制造工艺中。

结果，用于不可逆装置的磁性部件可能非常庞大且昂贵，这最终阻止了它们的广泛使用。克里希纳斯瓦米（Krishnaswamy）和他的同事在评论文件中详细讨论了这些挑战，概述了降低全球研究团队提出的降低“单向”设备成本的一些策略。

克里希纳斯瓦米解释说：“在过去的几十年中，人们在不使用磁性材料的情况下打破互惠和制造不可逆的组件引起了很多兴趣。” “已经证明，将时间调制应用于电子电路会导致互易性的破坏。”

几年来，克里希纳斯瓦米（Krishnaswamy）和他的研究小组一直在研究不可逆的组件，包括隔离器和循环器。在过去的五年中，他们的工作专门针对基于开关电路的组件，这些组件可以通过时钟类型的机制进行操作。

克里希纳斯瓦米说：“ 我们在2016年的《自然通讯》中首次报道了这种效应，这是首个循环器。” “随后，我们在2017 年Nature Communications上发表了另一篇论文，报道了首个毫米波频率的片上循环器。从那时起，我们一直在进行改进，以突破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不可逆电子学的历史，从1950年代的早期工作一直到他们和其他研究小组进行的最新研究。他们的研究重点是基于介电常数和电导率的时间调制来开发单向器件的方法，这被发现特别有前途。

克里希纳斯瓦米（Krishnaswamy）和其他作者在他们的论文中还强调了混合声电子组件的潜力，这可以帮助解决和克服非互易磁性零件的某些局限性。这些混合组件具有许多可能的应用。例如，它们可以创建能够发送和接收信息的雷达系统，用于通信的大功率发射机以及更高效的无线电。

最后，研究人员讨论了其中一些电子组件在量子计算机和其他量子技术发展中的潜力，同时还谈到了在大规模实施这些设备之前需要克服的一些挑战。总体而言，他们的论文对这一特定研究领域的进展提供了深入的总结，可以为其他尝试开发互惠技术的团队提供指导。

克里希纳斯瓦米说：“在过去的五年中，我的小组的工作主要集中在通信和雷达设备的集成不可逆组件上。” “展望未来，我们将把重点转移到用于量子计算应用的低温不可逆组件。”