无源磁器件中的拓扑磁电响应

尽管下一代电子技术的前景推动了人们对显著拓扑磁电响应的研究，但其在基础电子器件应用中的潜力仍基本未被探索。本文在理论层面开展此项工作，通过探讨 $\theta$-电动力学，研究具有该效应的三种基本无源磁器件——原边变压器、双层螺线管电感器与螺线管执行器——的电磁特性（如可调电感、工作频率范围与功耗）。我们进一步利用磁路方法学，得到适用于拓扑与寻常磁电响应（只要其在块体中均匀）的扩展霍普金森定律。在低功耗条件下，我们发现拓扑磁电变压器、螺线管电感器及螺线管执行器的功能无源部分，在磁电磁化率二阶以内与常规情形不可区分；并论证使用拓扑绝缘体的主要益处实质上在于更低的功耗。我们的理论框架亦便于分析具有较大磁电磁化率的无源磁电电感器，其在毫米尺度下展现出超过 200% 的宽电感可调性，直至 100 GHz。反之，我们的处理预测，由某些多铁异质结构获得的极强磁电响应会将工作频率范围限制于超低频频段以下。