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一项为超高速通信与计算奠定里程碑的新研究成果
发布时间:2017-11-23 09:29:35 阅读:175

来源:phys.org;电子科技大学太赫兹研究中心 四川太赫兹应用研究联合课题组 王玥莹 编译

犹他大学物理与天文系杰出教授Valy Vardeny,犹他大学电子与计算机工程系教授Ajay Nahata发现了一种结合了有机和无机化合物的特殊钙钛矿。其结构与原生矿物相同,并可以在硅晶圆上分层。他们预言,该物质将在未来的通信系统中扮演一个重要的角色。新一代的通信将使用太赫兹波,以光代替电来传输数据,这将使得手机和互联网用户传输信息的速度比现在快上千倍。来源:Dan Hixon,工程学院

    十九世纪三十年代,钙钛矿在俄罗斯被首次发现。它被认为是超高速通信计算领域未来发展的关键。

    美国犹他大学电子与计算机工程系以及物理与天文系的研究人员发现,存在一种特殊的钙钛矿,它与原生矿物具有相同结构,并且是一种有机和无机化合物的组合。它可以被叠加在硅晶片上,从而成为未来通信系统的重要的组成部分。在未来的通信系统中,太赫兹波段将成为新一代通信频段,以光代替电作为载体传输数据。可以设想,那时手机和互联网用户的信息传输速度将比现在快上千倍以上。

    由美国犹他大学电子与计算机工程系的教授Ajay Nahata和物理与天文系的杰出教授Valy Vardeny领衔的这项新研究于11月6日星期一在最新版的《Nature Communications》上发表。

    太赫兹波段介于红外和微波之间,覆盖了从100 kMHz到10,000 kMHz范围内的频率,其中,常见的手机仅工作在2.4kMHz左右。利用太赫兹波传输数据仍是目前学术界研究的热点,该项技术在提高互联网调制解调器或手机等设备的速度等方面拥有有巨大的潜力。

    Nahata和Vardeny解开了这项难题的一个重要部分:将多层钙钛矿在硅晶片上沉积为一种特殊形式后,仅仅使用卤素灯便可以调制通过该结构的太赫兹波。另外,对太赫兹波幅度的调制也非常重要,这决定了数据是如何在通信系统中传输。

    在过去,利用太赫兹波传输数据通常需要使用昂贵的高功率激光器。上述成果的创新之处便在于,不仅使用卤素灯可以完成调制,特定颜色的光也可以。基于这个结论,研究人员把不同钙钛矿放在同一硅衬底上,每个区域都用不同的颜色来控制。使用传统的半导体如硅时,这是不容易的。

    “把它看作是二进制与十个步数之间的区别,” Nahata解释了这个新结构的用处,“硅仅仅对光束的不同功率做出反应,而不是颜色。而这种特殊结构的钙钛矿却提供了更多实际应用的可能性,比如信息处理或者其他。”

    这种物质不仅可以打开将太赫兹技术变成现实的大门——引领下一代通信系统,将计算速度提高了上千倍;并且通过使用一种称为“旋转”的方法就可以经济且简便地制备。这种方法是通过旋转晶片将材料沉积在硅晶片上,并利用离心力均匀地分散钙钛矿。

    Vardeny表示,他们所使用的钙钛矿的独特之处在于,它既是一种无机材料,也是一种类似塑料的有机材料。正是这种特性使其易于沉积在硅片上,并同时具有相应的光学特性。

    他说:“这实际上是一种错误的匹配,我们称之为‘杂交’。”

    Nahata认为,将太赫兹通信和计算技术商业化至少还需要10年的时间,但这项新的研究成果是一项重要里程碑。

    “这是实现一个成熟通信系统的重要一步,”他说,“如果你想脱离当今这种使用调制解调器和无线通信标准的系统,使其达到千倍以上的速度,那么你将不得不大幅改变技术。”

 
 

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