南洋理工与大阪大学联合研发超高速太赫兹无线芯片
发布时间：2020-08-24 发布者：亚时财经
当下，5G正热火朝天地进行着。无论是基建还是通信都在大力发展5G。然而不知还有多少人记得，当5G开始蔓延世界的时候，6G已然迈出了它的步伐。据了解，6G网络的速度将比5G快100倍，这也对相关设备有更高的要求。
（图源：NTU官网）
近日，新加坡南洋理工大学Ranjan Singh教授团队和大阪大学Masayuki Fujita、Tadao Nagatsuma教授团队联合研发一款超高速太赫兹无线芯片（下称太赫兹芯片）。该芯片不仅可以传输太赫兹波，还能产生每秒11 Gbit的数据速率， 并能支持4K高清视频的实时传输，且超过迄今为止5G通信每秒10Gbit的理论上限。
该成果以“Terahertz topological photonics for on-chip communication”为题发表在Nature Photonics。
据悉，电磁波的频率决定了通信传输的上限，频率越高意味着通信的速度就越快。THz波段便是国际上预测的下一代高速无线通信（6G）的关键。它的频率范围在0.1THz~10THz之间，介于微波和光波之间，这个区间也被称为“THz间隙”，其频谱区域提供了更高的可用带宽，极高的频率为为了更高的数据传输提供了可能。
然而在制备THz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。这次太赫兹芯片的诞生就是为了解决这一问题。
太赫兹芯片的主要组成部分是光子拓扑绝缘体（PTI），它在体上是“绝缘的”，但在边缘是“导电的”，表现出强大的边缘传输能力，针对由无序和急剧弯曲引起的背散射有着很强的抑制作用。可以非常可靠地传导光信号，且不受缺陷、杂质和各种干扰的影响。这种抗干扰能力，称之为“拓扑保护”。
但使用常规方法制备太赫兹波导器件时，容易被材料缺陷、和材料弯曲所影响，成本和效率无法得到控制。于是研究团队为光子拓扑绝缘体设计了具有鲁棒性、单模传输、线性色散的性能的特殊结构——“谷态”
利用这种特殊的“谷态”PTI结构，可以让THz芯片实现无差错地传输信号，解决了THz芯片对制造缺陷的敏感问题。研究团队用实验进一步证明此结论。
据了解，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。南洋理工大学物理学分部与应用物理系副教授上榜者张柏乐表示，以加载太赫兹技术的自动驾驶汽车为例，由于该技术可以快速传输数据，因此可以让汽车更好地导航，并能帮助避免交通事故。
此外，太赫兹芯片与拓扑设备的通信，可以打开通往每秒千兆位数据链路的途径，这些链路能支持AI技术和云计算技术，届时还可用于医疗保健、精密制造和全息通信等。在未来6G替换5G的过程中，所有芯片都可以被替换。
据金融界报道，太赫兹通信作为实现6G愿景的关键技术，已得到全球通信业认可。去年底，美国联邦通信委员会（FCC）投票，一致决定开放面向未来6G网络服务的“太赫兹”频谱，用于创新者开发6G技术试验。中国三大运营商之一的中国联通已宣布，成立太赫兹联合创新中心，推进太赫兹通信。
责任编辑：Carrick
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