南昌大学与丹麦科技大学等单位联合研发出拓扑保护超快时分辨太赫

　　近日，记者了解到，在南昌大学沈云课题组与丹麦科技大学、中国计量大学等单位合作，研发出拓扑保护超快时分辨太赫兹互联芯片。
　　南昌大学沈云博士告诉记者，电磁波的频率决定了通信速度的上限，频率越高、手机通信速度就越快。太赫兹是国际公认的、下一代6G高速通信交叉前沿科技。太赫兹技术的潜在应用领域，包括大数据中心、物联网设备、大型多核计算芯片、远程通信、大气与环境监测、实时生物信息提取与医学诊断等领域。使用太赫兹技术，能促进需要处理大量数据、依赖通信网络提供超高速和低延迟的物联网设备芯片之间的通信，带来更强大物联网功能。太赫兹快速传输数据的能力，能让自动驾驶汽车更好地导航，避免交通事故。太赫兹技术及通信芯片，可以打开通往每秒千兆位数据链路的途径，支持AI技术和云计算技术，用于医疗保健、精密制造和全息通信等。在6G替换5G的过程中，所有芯片都可以被太赫兹芯片替换。目前，美国、欧盟、日本等国都在加速发展面向6G的太赫兹通信及芯片技术。
　　但在实际应用上，太赫兹通信一直存在材料、技术等各方面难度。尤其是，在制备太赫兹波导芯片的时候，使用常规方法容易受到材料缺陷和材料弯曲的影响，造成信号损失。同时，基于电子学方式的太赫兹源发射功耗大，且不易向高频扩展，造成太赫兹传输及通信的困难。这次太赫兹芯片的诞生就是为了解决这一问题。
　　沈云说，该芯片传输机制基于具有鲁棒、无损传输的太赫兹拓扑绝缘体。拓扑绝缘体可以非常可靠地传导光信号，并且不受缺陷、杂质和各种干扰的影响，通信速度也可以得到提高。这种对干扰的免疫性，称之为拓扑保护。研究人员通过深硅刻蚀技术，制备了芯片；并基于光子学方式的太赫兹时域光谱系统对传输性能进行了测量，验证了芯片中拓扑边界态单向传输光学超导性能。在测量中，研究人员有效解决了太赫兹光斑聚焦及耦合问题等技术问题。相较于以往以电子学为基础的太赫兹信号产生及测量方式，研究中所使用的以光子学为基础的测量方式，可有效将波段向更高频推广，实现真正的太赫兹通信，大幅度提高6G速率。
　　该超快时分辨太赫兹互联芯片的研究，为操纵太赫兹波传播提供了一种新的方法，并促进了其在高效传输器件如低损耗波导、拓扑分束器、鲁棒延迟线、电信波导和逻辑门器件中的潜在应用。尤其是，该芯片可以互连集成到无线通信设备中，从而为6G通信提供前所未有的比5G还要快10到100倍，每秒TB级的速度，为太赫兹在6G万物互联中的应用拓宽了道路。
　　该研究为国内首次对拓扑保护太赫兹芯片进行超快时分辨研究。这对抢占太赫兹领域的技术制高点，在原创性的原理和技术、前瞻性的应用方面形成特色，同时促进学科交叉，推动江西科技发展和经济建设具有重要意义。
　　南昌大学沈云课题组长期致力于太赫兹物理与器件研究，已在国际Top期刊发表多项研究成果。课题组所在南昌大学太赫兹物理与器件实验室去年与中国科学院上海微系统与信息技术研究所在南昌共同承办了我国太赫兹领域学术水平最高、影响力最大、参与面最广的学术盛会全国太赫兹科学技术学术年会，并获得良好反响。