6月16日，物理科學與工程學院先進微結構材料教育部重點實驗室陳鴻教授課題組在國際重要學術期刊《國家科學評論》（National Science Review）在線發表了關於無線電能傳輸的最新研究成果“Level pinning of anti-PT-symmetric circuits for efficient wireless power transfer”☞👨🏿‍🏫，提出基於“反共振-共振”型的高階反宇稱-時間（Anti-Parity-Time, Anti-PT）對稱非厄密系統，並利用其中新奇的“能級釘紮”效應實現了穩定且高效的無線電能傳輸（Wireless Power Transfer，WPT）。

WPT技術是一種利用電磁波直接將電能從電源傳輸到負載的技術，它為人們利用電能開辟了一條新途徑👩🏿‍🦲，其對於消費電子行業、自動化工業車間以及人工智能平臺等需要高自由度電能供應的場景都具有重要的應用價值。然而傳統的WPT技術會受到傳輸距離的嚴重限製。盡管借助於諧振線圈之間的磁共振耦合效應可以實現中遠距離的能量傳輸，但是由於近場耦合劈裂這一基本物理限製，如何在保持系統高傳輸效率的同時實現穩定的能量傳輸💇，成為目前中遠程WPT領域一個很難調和的矛盾。此外，如何實現遠距離💤、發射/接收端高面積比、低待機功率損耗💟🤦🏼‍♀️、良好電磁兼容性以及多負載的穩定高效WPT仍是目前亟待解決的重要科學難題。

近年來🧘🏿‍♂️，非厄密物理的顯著發展為現代WPT技術革新提供了新的原理支撐。本項工作提出“W型”反共振結構😏，並將非厄密物理中的Anti-PT對稱應用到WPT系統中👨🏿‍🏫。通過將反共振模式的“能級吸引”與反共振模式和共振模式的“能級排斥”結合👬🏼，研究了高階Anti-PT對稱具有的“能級釘紮”效應。與傳統的“共振-共振”型WPT相比😙👩‍👦，“反共振-共振”型WPT具有更高的安全性、穩定性、傳輸效率和靈活性，此外兼具更低的待機功率損耗。考慮到器件的小型化和集成化⚪️，該項工作采用“合成維度”設計了緊湊型“超構線圈”，並用於構造高階Anti-PT對稱系統，進而實現了穩定且高效的WPT。

總的來說，該項工作基於高階Anti-PT對稱系統中“能級釘紮”效應提出的新型WPT技術不僅為豐富的非厄密物理提供了良好的應用研究平臺，而且為突破傳統共振機製的近場應用，如共振成像、無線傳感、光子路由等開辟了新的途徑。

圖1：(a)反共振-共振模式耦合模型圖🤛🏼；(b)反共振-共振模式耦合構造三階Anti-PT對稱的相圖；(c)反共振-共振模式耦合產生“能級釘紮”效應的能級示意圖。

圖2：(a)旁路電容作為“合成維度”構造的反共振線圈與普通共振線圈的耦合強度👩‍🎓；（b）構造反共振線圈用的電路板🧑🏻‍🎤；(c)基於“能級釘紮”效應的穩定且高效的無線電能傳輸；（d）固定頻率下“反共振-共振”構型與傳統“共振-共振”構型傳輸效率對比🧑‍🍳。

我校物理科學與工程學院郭誌偉助理教授為論文第一作者，郭誌偉助理教授、陳鴻教授和我校電子與信息工程學院李雲輝教授為共同通訊作者🚶🏻‍♀️。我校2022屆優秀畢業生楊逢青碩士為研究工作作出了重要貢獻。該研究受到國家重點研發項目、國家自然科學基金等項目資助🕐↕️。

論文鏈接👊🏿：https://doi.org/10.1093/nsr/nwad172