曼徹斯特大學國家石墨烯研究所的研究人員開發(fā)出新型可重構智能表面，可動態(tài)調(diào)控太赫茲（THz）與毫米波。這項突破性成果近日發(fā)表于《自然·通訊》，攻克了長期存在的技術難題，為下一代6G無線技術和非侵入式成像系統(tǒng)開辟了道路。

該突破核心在于一種有源空間光調(diào)制器——其表面擁有超過30萬個亞波長像素，可在透射與反射模式下操控太赫茲光。此前調(diào)制器僅能進行小規(guī)模演示，而曼徹斯特團隊通過將石墨烯基太赫茲調(diào)制器與大面積薄膜晶體管（TFT）陣列集成，首次實現(xiàn)了廣域太赫茲光振幅與相位的高速可編程控制。

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新型可重構智能表面

曼徹斯特大學二維器件材料教授Coskun Kocabas表示："我們開發(fā)出了一種在空前規(guī)模和速度下動態(tài)控制太赫茲波的新方法。通過將石墨烯光電子學與先進TFT顯示技術結合，現(xiàn)在能夠?qū)崟r重構復雜太赫茲波前。"

研究展示了多項功能突破，包括可編程太赫茲透射模式、波束控制、灰度全息成像，以及概念驗證型單像素太赫茲相機。這些功能的實現(xiàn)得益于對石墨烯的精細靜電門控調(diào)控——這種材料在太赫茲頻段展現(xiàn)出獨特的電學和光學特性。

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單像素太赫茲相機

論文共同作者、現(xiàn)任巴斯大學講師的M. Said Ergoktas博士補充道："我們的器件通過調(diào)節(jié)連續(xù)石墨烯薄膜的局部電荷密度實現(xiàn)像素級控制，無需傳統(tǒng)石墨烯圖案化工藝。這種架構支持利用商用顯示器背板進行可擴展制造。"

該團隊設計的器件架構還支持動態(tài)波束調(diào)控和軌道角動量結構太赫茲波束生成，這對先進太赫茲通信系統(tǒng)至關重要。其中一項突破性演示展示了二進制'叉形'衍射圖案如何產(chǎn)生具有可調(diào)渦旋階數(shù)的環(huán)形光束，這對多路數(shù)據(jù)傳輸和波束整形具有重要意義。

在通信領域之外，研究人員還展示了可對隱藏金屬物體成像的單像素太赫茲相機，標志著安防、工業(yè)監(jiān)測和醫(yī)療診斷領域的非侵入式檢測技術取得重大進展。該方法采用壓縮感知算法從調(diào)制太赫茲圖案中重建圖像，凸顯了其可編程平臺的靈活性。

Kocabas教授指出："此前太赫茲調(diào)制器始終受限于規(guī)模和速度。通過融合顯示技術，我們證明了該領域可從實驗室演示走向?qū)嶋H應用。"

研究者表示下一步將提升調(diào)制速度，并將系統(tǒng)擴展至反射模式以實現(xiàn)全光譜成像。未來研究還將聚焦于將該平臺與先進波束成形系統(tǒng)及下一代6G無線技術深度融合。

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