谐振腔和波导系统在光学和电子领域被广泛使用，它们的作用是将能量以电磁波的形式短暂存储，然后再进行释放。
但是 100 多年以来，这些系统都受到了一个基本的限制：电磁波存储时间与带宽成反比；换句话说，就是存储的量越大（电磁波的带宽越宽），可以存储的时间就越短，反之亦然。
洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究者们却对这项基本的规律进行了挑战。他们利用外加磁场，建立了一种非对称的谐振腔或波导系统，这种系统可存储远多于预期的电磁波。
该研究成果发表在了近期的《Science》杂志上，这项发现将在包括通信、光探测、能量采集和信息存储等领域产生颠覆性影响。
关于“存储时间——带宽”的这一规律是由K. S. Johnson于1914年在西部电气公司（贝尔实验室前身）时推导出的。
Johnson引入了Q因子的概念，用于表征谐振器系统长时间的存储能量或是存储大量数据的能力，但两个目标时无法同时实现的。当Q因子数值高的时候，存储时间增长，存储数据量降低；Q因子数值低的时候，情况相反。存储数据量低表明所存储的电磁波带宽窄，频谱宽度窄（或者说电磁波的频率较为单一）。
在此之前，这项规律从未被挑战过。物理学家和技术人员在建立和使用谐振系统的时候，无论是使用激光或是进行医学诊断，现实都遵从这一规律的限制。
如今，这项规律的限制已经成为了过去。研究者们提出了一种基于磁光材料的混合谐振和波导系统。当施加磁场时，将会阻滞电磁波的传播并进行较长的时间存储，因此可以积聚大量的能量。然后，当磁场关闭的时候，将会释放这些电磁波。
图丨受“存储时间——带宽”限制的诸多光、电系统
采用这样一种非对称、非对易的系统，可以同时实现长存储时间和大存储数据量这两个目标。传统的“存储时间——带宽”关系被打破，相同条件下的带宽上限被提升了将近1000倍。研究人员进一步表示，理论上这种非对称系统不存在上限。
这一发表在《Science》杂志上的研究，是由 Kosmas Tsakmakid 领导的，他毕业于 Ottawa 大学，目前在 EPFL 的生物光子学系统实验室做博士后（实验室负责人是 Hatice Altug）。
“这种系统与之前几十年来，甚至几百年来我们所熟知的谐振系统都不同。”Tsakmakidis 表示，“这种超强的电磁波存储容量将会在现在的一些领域，以及一些更加传统的领域产生令人兴奋的改变。”
这项成果的一个可能应用是构建超快、高效的全光缓存。全光缓存广泛应用于通讯领域，其作用是短暂的存储来自光纤的数据，方便后续数据处理和运算。但目前光缓存的存储能力较为有限。使用这种新技术之后，可以改善整个流程，并可以长时间的存储大量的数据。
“这个突破完全是革命性的，我们赋予了研究者新的工具，由此产生的应用变革超乎我们的想象” ，Tsakmakidis总结说。
-End-
参考：https://m.phys.org/news/2017-06-year-old-physics-problem.html
本文由微信公众号“DeepTech深科技”（ID：mit-tr）授权转载
编辑：yangfz
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