太赫茲波很難馴服。這些電磁頻率介于微波和紅外光之間，有望實(shí)現(xiàn)超快的無(wú)線鏈路，但很難有效地創(chuàng)建和作。現(xiàn)在，新的研究揭示了一種有前途的利用這些波的候選者：碲化汞 （HgTe），一種將兩個(gè)輸入頻率轉(zhuǎn)換為太赫茲輸出的材料，具有創(chuàng)紀(jì)錄的室溫效率。

在德國(guó)德累斯頓Helmholtz Center Dresden-Rossendorf 量子技術(shù)系的博士生Tatiana Uaman Svetikova表示，新發(fā)表的研究標(biāo)志著非低溫冷卻的首次。她說(shuō)，該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是證明碲化汞“本質(zhì)上有效，而不僅僅是在模擬或特殊實(shí)驗(yàn)室條件下。”

人們已經(jīng)研究了許多奇特材料（例如，自旋電子學(xué)和非線性晶體），以試圖縮小太赫茲間隙，利用太赫茲頻率用于實(shí)際技術(shù)。

在他們的實(shí)驗(yàn)中，Uaman Svetikova 和她的團(tuán)隊(duì)將兩束激光束射到一層 70 納米厚的碲化汞薄膜上，該薄膜將入射光束變成太赫茲波。

太赫茲鏈路可以替代數(shù)據(jù)線嗎？

“使用太赫茲進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬很容易，但獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻極其困難。這個(gè)小組做到這一事實(shí)本身就是一項(xiàng)壯舉，“紐約州立大學(xué)理工學(xué)院無(wú)線和智能下一代系統(tǒng) （WINGS） 研究中心主任 Arjun Singh 說(shuō)，“這項(xiàng)研究實(shí)際上達(dá)到了真正的太赫茲，而且很少有實(shí)驗(yàn)研究真正達(dá)到了這個(gè)目標(biāo)，”沒(méi)有參與這項(xiàng)研究的Singh補(bǔ)充道。

Singh 表示，碲化汞器件的開(kāi)發(fā)代表著向片上太赫茲源邁出了一步——這是將當(dāng)今笨重的桌面系統(tǒng)小型化為適合消費(fèi)或數(shù)據(jù)中心使用的組件的先決條件。“我們?nèi)匀粵](méi)有'太赫茲激光器'或 Wi-Fi 路由器等效設(shè)備，”他說(shuō)。

他補(bǔ)充說(shuō)，短距離太赫茲鏈路最終可以服務(wù)于服務(wù)器或設(shè)備之間的高容量“無(wú)線線”連接。“想象一下，在數(shù)據(jù)大廳中消除數(shù)百根電纜，”Singh 說(shuō)。“它不僅更快，而且節(jié)省了重量、空間和電力。”

即便如此，Singh警告說(shuō)，太赫茲不會(huì)構(gòu)成 6G 網(wǎng)絡(luò)的支柱。“大多數(shù)早期的 6G 部署仍將依賴于已經(jīng)使用的低頻段和中頻段頻率，”他說(shuō)。相反，太赫茲波更有可能出現(xiàn)在非常密集的環(huán)境（體育場(chǎng)、城市中心或人工智能數(shù)據(jù)中心）中，在這些環(huán)境中，極端的數(shù)據(jù)速率和低延遲證明了增加的復(fù)雜性是合理的。“與其說(shuō)它是 6G 的基礎(chǔ)，不如將其視為極端數(shù)據(jù)情況的專用層，”Singh 補(bǔ)充道。

“這是基礎(chǔ)科學(xué)，”Uaman Svetikova 說(shuō)。“但每次我們提高效率或更好地了解這些材料時(shí)，我們都會(huì)向?qū)嵱玫奶掌澕夹g(shù)更近一步。”

如何提高太赫茲設(shè)備的效率？

Helmholtz-Zentrum量子技術(shù)部門負(fù)責(zé)人 Georgy Astakhov 表示，雖然該設(shè)備的效率僅為 2%，但部分原因是材料的厚度。“我們預(yù)計(jì)，如果我們有更厚的材料，或者多層薄膜......我們可以讓它接近 100%。這是我們的希望。”他說(shuō)。

作為比較，在硅等材料的一些測(cè)試中，研究人員得到了類似的結(jié)果，但薄膜要厚得多，“如果我們有高質(zhì)量的碲化汞，特別是這種厚度的碲化汞，我們將得到更好的結(jié)果。”他補(bǔ)充說(shuō)。

但Uaman Svetikova和Astakhov說(shuō)，問(wèn)題在于此類材料的可用性。Astakhov說(shuō)，碲化汞的生產(chǎn)成本相當(dāng)昂貴，主要用于軍用探測(cè)器。

因此，用于非軍事用途的材料的可用性非常有限，即使是像本實(shí)驗(yàn)中的超薄膜也是如此。“我們可以優(yōu)化參數(shù)并找到更便宜的材料或更便宜的材料，這些材料可以做得更厚或在晶圓尺度上，然后我們就有望提高效率。”Astakhov 說(shuō)。