近期，電子科學(xué)與工程學(xué)院楊梓強教授與張雅鑫教授所帶領(lǐng)的太赫茲調(diào)控及通信技術(shù)團隊攜手東南大學(xué)崔鐵軍院士團隊，在太赫茲超構(gòu)芯片（meta-chip）與器件研究方面取得重要突破，研究成果已在太赫茲通信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用。該團隊運用超構(gòu)芯片（meta-chip）的新概念，將微結(jié)構(gòu)與電路相互融合，通過場路結(jié)合設(shè)計方式研制出高性能太赫茲射頻芯片、器件和系統(tǒng)，實現(xiàn)了太赫茲高速邏輯調(diào)制和運算一體化、時間編碼太赫茲高速通信、透射式高精度大掃描范圍的太赫茲智能感知與通信等功能，為未來6G太赫茲通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展提供了相關(guān)新思路和方法。相關(guān)成果分別以“Dynamically logical modulation for THz wave within a dual gate–controlled 2DEG metasurface “和“High-order direct modulation terahertz communications with a wideband time-coding metachip modulator“為題，連續(xù)發(fā)表在國際頂尖期刊Science子刊Science Advances上；以“Sub-terahertz transmissive reconfigurable intelligent surface for integrated beam steering and self-OOK-modulation“為題，發(fā)表在Nature子刊Light: Science & Applications上。

同時，該團隊2024年還在Photonics Research雜志發(fā)表多篇論文，其中“ Ultrafast Modulable 2DEG Huygens’ Metasurface“被選為“Spotlight on Optics”論文；以及在Optics Letters雜志發(fā)表關(guān)于單載波400Gbps的論文、在IEEE Communication magazine雜志上發(fā)表多維串?dāng)_抑制的83.2Gbps太赫茲實時通信等系列論文，團隊還指導(dǎo)本科生以“太赫茲機載應(yīng)急通信”為題獲得2024年中國國際大學(xué)生創(chuàng)新大賽金獎等。

成果1：基于雙柵控二維電子氣的高速邏輯調(diào)制動態(tài)超表面（Dynamically logical modulation for THz wave within a dual gate–controlled 2DEG metasurface）

研制出了基于二維電子氣的雙柵控高速邏輯調(diào)制超表面，該動態(tài)超表面器件通過獨立調(diào)控雙電子通道中的電子分布，可以實現(xiàn)二維電子對稱和非對稱分布狀態(tài)的自由轉(zhuǎn)換，基于這種轉(zhuǎn)換機制構(gòu)建了多種諧振模式間的耦合關(guān)系，并由此產(chǎn)生了多種輸入信號與輸出信號之間的多值對應(yīng)關(guān)系，最終實現(xiàn)了太赫茲波段高速邏輯運算和調(diào)制的一體化功能。研究結(jié)果表明，該器件在0.27-0.34THz工作頻段完成了AND、OR、XOR、XNOR、NOR和NAND的多種邏輯運算調(diào)制功能，調(diào)制速度高達(dá)250皮秒。該項成果為太赫茲波的高速調(diào)制和自由空間邏輯運算一體化器件的發(fā)展提供了一條重要途徑，有望進(jìn)一步提高太赫茲通信的安全性。

成果2：基于寬帶時間編碼超構(gòu)調(diào)制芯片的高階直調(diào)太赫茲通信架構(gòu)（High-order direct modulation terahertz communications with a wideband time-coding metachip modulator）

利用超構(gòu)芯片的電磁諧振特性與時間編碼調(diào)制相融合的方法，通過控制施加到GaAs二極管上的電壓脈沖時序，調(diào)控電磁諧振的模式和強度，從而對在片上傳輸中的太赫茲波幅度變化的占空比和時延進(jìn)行時間編碼調(diào)控，通過時間編碼構(gòu)造直接調(diào)制架構(gòu)中時間量和太赫茲波的幅度、相位變化對應(yīng)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，成功構(gòu)建了基于高階直接調(diào)制的太赫茲通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)架構(gòu)簡單、復(fù)雜度低，且突破了太赫茲直接調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制格式單一的束縛，可支持包括QPSK、16PSK和16QAM等在內(nèi)的多種調(diào)制格式。實驗結(jié)果表明，在0.34THz載波頻率下，具有5 Gbps傳輸速率及實時業(yè)務(wù)傳輸能力。這一研究為低功耗、集成化的太赫茲無線通信系統(tǒng)發(fā)展提供了新途徑。

成果3：集成波束調(diào)控與OOK調(diào)制一體的太赫茲透射式智能超表面（Sub-terahertz transmissive reconfigurable intelligent surface for integrated beam steering and self-OOK-modulation）

針對太赫茲感通一體系統(tǒng)對同時具有調(diào)制、波束掃描和數(shù)字編碼等多功能太赫茲器件的需求，提出了運用PB相位調(diào)控和編碼式多路柵控二維電子氣人工微結(jié)構(gòu)陣列結(jié)合的方式，研制出一種新型的波束賦形與信息調(diào)制一體化的太赫茲透射式可編程智能超表面器件。該器件通過高速調(diào)制偏壓，調(diào)控表面電流反轉(zhuǎn)的同時周期性調(diào)制電流大小，從而實現(xiàn)電控PB相位微結(jié)構(gòu)的幅相共調(diào)。基于該器件搭建了亞太赫茲自調(diào)制傳輸跟瞄系統(tǒng)，實現(xiàn)了2.8dB低損耗、±60°大范圍波束調(diào)控和100MHz調(diào)制速率的OOK幅度調(diào)制，實驗驗證了THz信息調(diào)制傳輸與波束跟瞄一體化的可行性。該研究為太赫茲通感一體化（JSAC）系統(tǒng)、太赫茲共生通信系統(tǒng)等提供了有效新途徑。