諧振腔和波導系統在光學和電子領域被廣泛使用， 它們的作用是將能量以電磁波的形式短暫存儲， 然後再進行釋放。
但是 100 多年以來， 這些系統都受到了一個基本的限制：電磁波存儲時間與頻寬成反比；換句話說， 就是存儲的量越大（電磁波的頻寬越寬）， 可以存儲的時間就越短， 反之亦然。
洛桑聯邦理工學院（EPFL）的研究者們卻對這項基本的規律進行了挑戰。 他們利用外加磁場， 建立了一種非對稱的諧振腔或波導系統， 這種系統可存儲遠多於預期的電磁波。
該研究成果發表在了近期的《Science》雜誌上， 這項發現將在包括通信、光探測、能量採集和資訊存儲等領域產生顛覆性影響。
關於“存儲時間——頻寬”的這一規律是由K. S. Johnson於1914年在西部電氣公司（貝爾實驗室前身）時推導出的。
Johnson引入了Q因數的概念， 用於表徵諧振器系統長時間的存儲能量或是存儲大量資料的能力，
在此之前， 這項規律從未被挑戰過。 物理學家和技術人員在建立和使用諧振系統的時候， 無論是使用鐳射或是進行醫學診斷， 現實都遵從這一規律的限制。
如今， 這項規律的限制已經成為了過去。 研究者們提出了一種基於磁光材料的混合諧振和波導系統。 當施加磁場時， 將會阻滯電磁波的傳播並進行較長的時間存儲， 因此可以積聚大量的能量。 然後， 當磁場關閉的時候， 將會釋放這些電磁波。
圖丨受“存儲時間——頻寬”限制的諸多光、電系統
採用這樣一種非對稱、非對易的系統， 可以同時實現長存儲時間和大存儲資料量這兩個目標。 傳統的“存儲時間——頻寬”關係被打破， 相同條件下的頻寬上限被提升了將近1000倍。 研究人員進一步表示， 理論上這種非對稱系統不存在上限。
這一發表在《Science》雜誌上的研究， 是由 Kosmas Tsakmakid 領導的， 他畢業于 Ottawa 大學， 目前在 EPFL 的生物光子學系統實驗室做博士後（實驗室負責人是 Hatice Altug）。
“這種系統與之前幾十年來， 甚至幾百年來我們所熟知的諧振系統都不同。 ”Tsakmakidis 表示， “這種超強的電磁波存儲容量將會在現在的一些領域， 以及一些更加傳統的領域產生令人興奮的改變。 ”
這項成果的一個可能應用是構建超快、高效的全光緩存。 全光緩存廣泛應用於通訊領域， 其作用是短暫的存儲來自光纖的資料， 方便後續資料處理和運算。 但目前光緩存的存儲能力較為有限。 使用這種新技術之後， 可以改善整個流程， 並可以長時間的存儲大量的資料。
“這個突破完全是革命性的， 我們賦予了研究者新的工具，
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編輯：Alex
參考：https://m.phys.org/news/2017-06-year-old-physics-problem.html
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