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《加拿大渥太华大学利用石墨烯转换和控制太赫兹信号，有望实现下一代无线技术》

  • 来源专题：先进材料
  • 编译者： 李丹
  • 发布时间：2025-02-24

  • 转自全球技术地图

    据METAL TECH NEWS 2月19日消息，加拿大渥太华大学的研究人员利用石墨烯转换并控制太赫兹信号，有望实现下一代无线技术。研究人员利用石墨烯的独特性质设计了一种可以增强微弱太赫兹信号的设备，通过堆叠多个石墨烯层、微调其电气特性并将它们放置在特殊设计的表面上来增强信号强度，从而克服了信号丢失和不稳定的问题，使其能够更可靠地传输。该方法使太赫兹信号比传统方法强30倍以上，使该技术更接近于下一代无线网络（包括未来的6G系统）。

  • 原文来源：https://www.metaltechnews.com/story/2025/02/19/tech-bytes/graphene-unlocks-next-stage-of-wireless/2148.html
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    • 瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）和美国哈佛大学科学家合作，研制出一款新型集成芯片，实现了太赫兹波与光信号的相互转换。相关研究成果发表于最新一期《自然-通讯》杂志，有助推动超高速通信、测距、高分辨光谱以及超快计算等领域的发展。 太赫兹波与光在频率范围和产生机制上存在显著差异。 太赫兹波指频率在0.1太赫兹（1012赫兹）至10太赫兹之间的电磁波，在电磁波谱中位于微波（用于WiFi等电信技术）与红外线（用于激光器和光纤）之间。光是指电磁波谱中的可见光部分。虽然太赫兹波在6G通信、无损检测、医疗成像等领域展现出巨大潜力，但如何让其与现有光通信技术无缝衔接，一直是困扰科学家的难题。 2023年，该研究团队曾利用超薄铌酸锂光子芯片，实现了激光调控太赫兹波的突破。如今，他们更进一步：新型集成芯片就像为两种电磁波打造了“双语翻译器”，不仅能让光“说”出太赫兹波，还能把太赫兹波“译”回光信号。这种双向转换能力，标志着太赫兹—光融合技术迈上新台阶。 该芯片的创新点在于，研究团队在此前研制出的铌酸锂芯片上，精巧设计了两种微米级结构：形同微型天线的传输线负责引导太赫兹波；相邻的光波导则像光纤般约束光波。二者“比邻而居”，实现了太赫兹波和光以最小的能量损失相互作用和转换。这种设计犹如在芯片上建造了“立体交通网”，让不同频段的电磁波各行其道又相互连通。 该芯片可用于开发太赫兹基雷达，实现毫米级误差测距。此外，由于“体型”小巧，还可与激光器、光调制器和探测器等光子设备兼容。进一步缩小该芯片尺寸后，可无缝集成到自动驾驶汽车中使用的下一代通信和测距系统，也有望在6G高速通信领域发挥重要作用。 光子与太赫兹电路集成并测试于单一芯片上。产生的太赫兹辐射被背面的金镜收集，用于不同材料的谱学（或传感）分析
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  • 《材料系统使用石墨烯和金片产生太赫兹波》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2021-01-04
    • 2020年12月29日，德国德累斯顿-德国-西班牙研究小组开发了一种基于石墨烯的方法，以提高科学家产生太赫兹脉冲的效率。在该系统中，研究人员用金属片状结构（特别是金片状）涂覆了石墨烯片。 目前，科学家使用加速器设备和大型激光器来产生太赫兹波，通常很复杂。新材料系统的功能使其能够与现有的半导体技术兼容，从而可以有效地从千兆赫兹频率过渡到太赫兹频率，并且在执行这种过渡的电流源和转换器上具有更高的效率。 尽管石墨烯是已知的倍频器（当低太赫兹频率范围[0.3至0.7 THz]的光脉冲照射2D碳材料时，它们会转换为更高的频率），但太赫兹脉冲的有效生成依赖于极强的输入信号。为了可靠地生成此类信号，在全尺寸下运行的粒子加速器或大型激光系统使该方法不适用于许多应用。这些包括电通信系统，如5G。 图1. 超薄金薄片可大幅放大底层石墨烯层中的传入太赫兹脉冲（红色），从而实现高效的倍频。 为了开发一种场强度大大降低的材料系统，研究人员在石墨烯上涂了金薄片。金薄片的功能与天线非常相似，可放大石墨烯中传入的太赫兹辐射。加泰罗尼亚纳米科学与纳米技术研究所（ICN2）的Klaas-Jan Tielrooji表示，在物理系统中，该特性在石墨烯暴露于薄片时会提供非常强的电场。 该团队通过在玻璃载体上涂覆石墨烯层，然后在石墨烯上气相沉积超薄氧化铝层进行绝缘来测试其概念。然后，研究人员添加了一个金条晶格。低太赫兹范围内的光脉冲会击中材料，使入射辐射的频率倍增，从而使团队能够检测和分析过程的有效性。 “与未经处理的石墨烯相比，足够弱的输入信号足以产生倍频信号，” HZDR TELBE太赫兹设施的负责人Sergey Kovalev说。最初产生一个倍频信号所需的场强的十分之一足以使研究人员观察到倍频。转换后，脉冲功率比使用其他方法的系统强1000倍以上。 研究人员报告说，扩大金薄片的宽度并减小裸露的石墨烯层的覆盖面积可增强该过程及其效果。团队成员还展示了将输入频率提高到9倍的能力。 这种新材料增加了纯电信号从千兆赫兹过渡到太赫兹的可能性，这意味着工作量大大减少。 HZDR辐射物理研究所的Jan-Christoph Deinert表示，它可以被集成到芯片上。 研究人员说，太赫兹范围及其系统支持材料研究以及传感器和检测器的应用。  
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