【导读】在all-RIKEN的物理学家团队成功利用量子效应将被称为电感器的电子元件缩小到微尺度之后，手机充电器和其他设备的尺寸有望变得更小。
电感器是现代电路的基本组成部分，它们被广泛用于包括信息处理，无线电路和移动设备充电器的应用中。它们基于英国物理学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）在1831年发现的感应定律。但是自那时以来物理学取得了长足的飞跃，电感器的基本原理还是基本上保持不变，它们基本上是电线线圈。
与其他电路组件不同，电感器难以小型化，因为其电感会随其体积减小，因此，如果将其体积减半，电感量也将减小一半。
现在，十仓好纪，知行横内和他们的同事，都在RIKEN中心应急物质科学，已经设计出一个相当于商业电感但组件的体积大约是一百万倍小的微型电感。
他们通过使用一种新的产生依赖于量子效应的电感的机制来实现这一目标，基于这种机制的电感器很容易缩小，因为它们的电感实际上随着截面积的减小而增加。
Yokouchi说：“我们发现了一种量子力学起源的电磁感应。这具有使电感器小型化的巨大潜力，电感器是当代电路中最基本的部件之一。”
作者之一Naoto Nagaosa以前在理论上提出了一种基于新兴电磁学的全新电磁感应机制，这是一种新形式的电磁学，它是由特殊设计的系统中的传导电子的量子力学性质产生的。在本研究中，研究小组通过使用微米级磁体实现了这种效果。产生磁性的电子自旋以螺旋状排列，模仿了传统电感器的线圈。
Yokouchi指出，这项研究的成功取决于RIKEN的协作环境。他说：“理论家和实验家之间的大力合作对于这个项目至关重要。特别是，实验学家在制造高级量子材料方面拥有大量的专业知识。”
该团队的纳米级电感器仅在非常低的温度下工作，因此他们现在正在寻找在高温下表现类似的材料。Yokouchi说：“对于实际应用，我们必须找到一种在室温及高于室温时会产生感应电感的材料。我们已经开始寻找预期的材料。”
电感的相关知识了解
电感是电气和电子电路中的关键参数。像电阻和电容一样，它是基本的电气测量，会在一定程度上影响所有电路。
电感用于电气和电子系统和电路的许多领域。组件可以采用多种形式，并可以用多种名称来称呼：线圈，电感器，扼流圈，变压器等等，这些中的每一个还可以具有多种不同的变型：具有和不具有芯的芯，并且芯材料可以是不同的类型。
了解电感以及电感器和变压器的不同形式和格式有助于了解电气和电子电路中发生的情况。
电感基础
电感是电感器存储能量的能力，它在由电流流动产生的磁场中进行存储。建立磁场需要能量，并且当磁场下降时需要释放该能量。由于与电流相关的磁场，电感器产生与电路中电流变化率成正比的反向电压。
电感是由电路内流动的电流产生的磁场引起的。典型地，使用电线线圈，因为线圈增加了磁场的耦合并增加了效果。
有两种使用电感的方式：
自感：自感是电路（通常是线圈）的属性，由于电流引起的磁效应，电流的变化会导致电路中电压的变化。可以看出，自感适用于单个电路-换句话说，它是一种电感，通常在单个线圈中。此效果用于单个线圈或扼流圈。
互感：互感是一种感应效应，其中一个电路中电流的变化会由于连接两个电路的磁场而导致第二个电路两端的电压发生变化。此效果用于变压器。
电感单位定义
当在电路图上或等式内指示电感时，通常使用符号“ L”。在电路图上，电感通常标记为L1，L2等。
电感的SI单位是亨利H，可以用电流和电压的变化率来定义。
电感的作用
当电流在导体中流动时，无论它是直的还是线圈形式的，都会在其周围形成磁场，这会影响电路制造后电流的形成方式。
在电感的影响方式和电路方面，它有助于研究电路的工作方式，首先是直流电，然后是交流电。尽管它们遵循相同的定律和相同的效果，但有助于说明，直流示例更简单，然后可以将此说明用作交流情况的基础。
直流电： 电路接通后，电流开始流动。当电流增加到其稳定值时，它产生的磁场会累积到最终形状。发生这种情况时，磁场会发生变化，因此这会产生电压，该电压会根据伦茨定律预期返回线圈本身。
带电池和电阻器的电路中的电感器
电路的时间常数T（以秒为单位）将包括电感值L Henries和相关的电路电阻R Ohms，可以计算为L / R。T是电流I安培上升到其最终稳态V / R值的0.63的时间。磁场中存储的能量为1/2 LI 2。
向电感器施加稳定电压时的电流上升
当电流被切断时，这意味着电路的电阻实际上突然上升到无穷大。这意味着比率L / R变得非常小，磁场下降得很快。这表示磁场发生了很大的变化，因此电感试图保持电流流动，并且建立了反电动势以抵抗由磁场中存储的能量引起的电流。电压意味着火花可能会在开关触点上出现，尤其是在触点断开时。这会导致触点凹痕和任何机械开关的磨损。在电子电路中，这种反电动势会破坏半导体器件，因此通常采用减少这种反电动势的方法。
交流电：对于交流电通过电感器的情况，使用相同的基本原理，但是由于波形是重复的，我们倾向于看一下电感器响应的方式，因为它更方便，因此略有不同。
就其本质而言，交变波形一直在变化。这意味着所产生的磁场将始终在变化，并且始终会产生感应的反电动势。结果是，由于电感，电感器阻碍了交流电通过它的流动。这是除了引起的电阻外，还有导线的欧姆电阻。
这意味着，如果电感器的欧姆电阻较低，它将以很小的损耗通过直流直流电，但会对任何高频信号都呈现高阻抗。电感器的这种特性可用于确保任何高频信号都不会通过电感器。
电感的另一方面在于，电感器和电容器的电抗可以在电路中共同作用，以相互抵消。这被称为共振，并广泛用于带通滤波器中。
电线和线圈的电感
直线和线圈具有电感。通常，线圈用于电感器，因为线圈不同匝之间的磁场链接会增加电感，并使导线包含在较小的体积内。
对于大多数低频应用，直导线的电感可以忽略不计，但是随着频率增加到VHF区域以及更高的频率，导线本身的电感会变得很重要，并且互连线必须保持较短以最小化影响。
虽然可以使用一些计算方法来精确计算导线的电感，但是线圈的电感稍微复杂一些，并且取决于多种因素，包括线圈的形状以及线圈内和线圈周围材料的常数。
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