Terahertz fleksibel multipleksing-chip aktiveret af syntetiske topologiske faseovergange

Terahertz-båndet er et mellemrum mellem mikrobølge og infrarød og har vist et stort anvendelsespotentiale i mange avancerede informationsfelter såsom 6G-kommunikation. Terahertz siliciumbaseret fotonik har mange fordele, såsom høj transmissionseffektivitet og er en effektiv platform til realisering af terahertz-enheder.

Men hvordan man implementerer enheder med rigere funktioner i terahertz-båndet eller udvider enhedskontrolkapaciteter, er stadig et varmt forskningsemne inden for terahertz-integreret fotonik.

I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet National Science Review , foreslog forskere en chipdesignmetode baseret på topologisk mellemlagskoblingsregulering. Denne metode bruger mellemlagskoblingsstyrken af ​​den fotoniske krystal i tolagsdalen til at regulere Hamiltonianen for det tolags topologiske fotoniske system:

H =H_T + H_B + H_TB

Hvor H_T og H_B repræsentere Hamiltonian af henholdsvis det øverste og nederste fotoniske gitter, mens H_TB bruges til at beskrive Hamiltonian genereret på grund af mellemlagskobling.

Ved at regulere afstanden mellem lagene kan systemet effektivt styres til at være i en koblet tilstand eller en afkoblet tilstand, og mellemlagskoblingen Hamiltonian H_TB kan justeres for at kontrollere de topologiske faseovergange i det fotoniske system. På grund af bulk-edge-korrespondancen kan de topologiske kanttilstande før og efter faseovergangen fordeles i forskellige rumlige baner.

For at verificere den potentielle anvendelsesværdi af den tekniske løsning i næste generations kommunikation, gennemførte forskerholdet relevante test af chippens terahertz-kommunikationsydelse. Multiplexing-chippen opnår 10 Gbps og 12 Gbps 16-QAM signaltransmission på to omskiftelige kanaler på henholdsvis 120 GHz og 130 GHz med tilgængelige båndbredder på henholdsvis 2,5 GHz og 3 GHz.

Dette arbejde beriger metoderne til terahertz on-chip kanalmanipulation, fremmer yderligere anvendelsen af ​​topologisk fotonik i avancerede kommunikationssystemer og enheder og kan inspirere til flere nye fysiske mekanismer og fænomener i tolags- og flerlags topologiske systemer.

Flere oplysninger: Hang Ren et al., Terahertz fleksibel multipleksing-chip aktiveret af syntetiske topologiske faseovergange, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae116

Leveret af Science China Press