日本大阪大学的科学家利用光子拓扑绝缘体的概念制造了一种新型芯片？

为了使数据传输速度超过第五代（5G）电信标准，来自新加坡南洋理工大学和日本大阪大学的科学家们经过两年的设计、制作和测试，利用光子拓扑绝缘体的概念制造了一种新型芯片。

研究人员表明，他们的芯片可以传输太赫兹波（THz），从而产生 11gb/s 的数据传输速率，能够支持 4K 高清视频的实时流媒体传输，并且超过了 5G 无线通信的 10gbit/s 的理论极限。

太赫兹波是电磁波谱的一部分，介于红外光波和微波之间，被认为是高速无线通信的下一个前沿领域。因为 THz 频谱区域提供了更高的可用带宽，这可以满足对更高数据传输速率不断增长的需求。

还可以推测，太赫兹频谱带可用于解决高速，高能效和低成本芯片内 / 芯片间通信链路之间的互连权衡。这可以帮助设计人员利用大型多核处理器，片上网络或系统级封装解决方案。

不过，在太赫兹波能够用于电信领域之前，还需要解决一些基本的挑战，其中最大的两个问题是材料缺陷和传统波导（如晶体或空心电缆）的传输错误率。

这些问题在此更高的频带中变得尤为重要，因为更短的波长意味着更大的衰减以及对波导中材料缺陷的更大敏感性。当前的方法对诸如制造缺陷的缺陷和在尖角处的相当大的弯曲损失具有敏感性。

而光子拓扑绝缘体（PTI）克服了这些问题，它可以使光波在绝缘体的表面和边缘传导，而不是通过材料传导，就像火车沿着铁路行驶一样。当光沿着光子拓扑绝缘体传播时，它可以在锐角处重新定向，其流动将不受材料缺陷的干扰。

通过设计一种带有一排排三角形孔的小硅芯片，小三角形与大三角形指向相反的方向，光波就能得到“拓扑保护”。这款全硅芯片显示它可以无差错地传输信号，同时以每秒 11 千兆比特的速率在 10 个锐角周围传输太赫兹波，从而绕过硅制造过程中可能出现的任何材料缺陷。

该项目的负责人说，这是第一次在太赫兹光谱区域实现 PTIs，这证明了之前的理论概念在现实生活中是可行的。

他们的发现可能为更多的 PTI-THz 互连结构铺平道路，这些结构可以将电路中的各种组件连接到无线通信设备中，使下一代“6G”通信在未来以每秒 TB 速度传输，甚至比 5G 快 10 到 100 倍。

负责人解释说：“随着第四次工业革命和物联网（IoT）设备的迅速采用，包括智能设备、远程摄像机和传感器，物联网设备需要无线处理大量数据，并依赖通信网络提供超高速和低延迟。通过使用太赫兹波技术，它有可能促进芯片内和芯片间的通信，以支持人工智能和基于云的技术，比如互联的自动驾驶汽车，这些技术需要将数据快速传输到附近的其他汽车和基础设施上，以便更好地导航和避免事故。”
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