科学家制造超高速太赫兹无线芯片

为了使数据传输速度超过电信的第五代(5G)标准，新加坡南洋理工大学(NTU新加坡)和日本大阪大学的科学家已经使用称为光子拓扑绝缘体的概念构建了一种新芯片。

研究人员最近发表在《自然光子学》上的研究表明，他们的芯片可以传输太赫兹(THz)波，从而产生每秒11吉比特(Gbit / s)的数据速率，能够支持4K 高清视频的实时流传输。，并且超过了迄今为止5G无线通信的理论上限10 Gbit / s。

太赫兹波是电磁波频谱的一部分，介于红外光波和微波之间，被吹捧为高速无线通信的下一个前沿领域。

但是，在将THz波可靠地用于电信之前，需要解决一些基本挑战。最大的两个问题是传统波导(如晶体或中空电缆)中发现的材料缺陷和传输错误率。

使用光子拓扑绝缘体(PTI)克服了这些问题，该技术允许在绝缘子的表面和边缘上传导光波，类似于在铁路上行驶的火车，而不是穿过材料。

当光沿着光子拓扑绝缘体传播时，可以将其重定向到尖角附近，并且其流将不受材料缺陷的干扰。

通过设计一个带有成排的三角形孔的小型硅芯片，使小三角形指向与大三角形相反的方向，光波将得到“拓扑保护”。

这款全硅芯片证明了它可以无误传输信号，同时以11吉比特/秒的速度绕10个尖角传送太赫兹波，从而避免了硅制造过程中可能引入的任何材料缺陷。

该项目的负责人，南大副教授兰扬·辛格说，这是太赫兹光谱区域首次实现PTI，这证明了先前的理论概念在现实生活中是可行的。

他们的发现可能为更多的PTI THz互连(将电路中各个组件连接的结构)集成到无线通信设备中铺平道路，从而为下一代“ 6G”通信提供前所未有的每秒TB的速度(10到100是5G的两倍)。

“随着第四次工业革命和物联网设备(包括智能设备，远程摄像头和传感器)的迅速采用，物联网设备需要无线处理大量数据，并依靠通信网络来提供超高速和低延迟。”辛格副教授解释说。

“通过采用太赫兹技术，它可以潜在地促进芯片内和芯片间通信，以支持人工智能和基于云的技术，例如互联自动驾驶汽车，这些技术需要将数据快速传输到附近的其他汽车和基础设施，更好地导航并避免发生事故。”

该项目花了两年时间，由大阪大学的NTU团队及其合作者以藤田正幸教授为首，进行了设计，制造和测试。

辛格教授认为，通过使用当前的硅制造工艺设计和生产小型化平台，他们的新型高速太赫兹互连芯片将很容易集成到电子和光子电路设计中，并将有助于将来太赫兹的广泛采用。

太赫兹互连技术的潜在应用领域将包括数据中心，物联网设备，大型多核CPU(计算芯片)和远程通信，包括电信和Wi-Fi等无线通信。

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