研究人员在利用石墨烯进行太赫兹（THz）频率转换方面取得了突破，为超高速无线通信和高级信号处理开辟了新的可能性。

他们的工作重点是克服非线性太赫兹光学领域的既有局限，这是实现高效6G技术的关键一步。

解锁太赫兹波在通信领域的潜力

渥太华大学的一个研究小组开发出了新方法，用以提高石墨烯基结构中太赫兹（THz）波的频率转换。他们的工作可能促成更快、更有效的无线通信和信号处理技术。

太赫兹波存在于电磁频谱的远红外区域，具有广泛的应用范围。它们能够穿透不透明材料，因此在安检和质量控制领域的无创成像方面极具价值。此外，太赫兹波在无线通信领域也具有巨大潜力。太赫兹非线性光学（一种改变电磁波频率的技术）的进步，对于包括未来6G系统在内的高速无线网络的发展至关重要。

太赫兹（THz）技术正在快速发展，有望在医疗保健、通信、安全和质量控制等领域发挥关键作用。渥太华大学物理学副教授让-米歇尔·梅纳德（Jean-Michel Ménard）及其团队已研发出可将电磁信号转换为更高振荡频率的装置。这一突破有助于弥合传统吉赫兹（GHz）电子学与新兴太赫兹光子学之间的鸿沟，使我们距离下一代通信系统更近一步。

基于石墨烯的太赫兹频率转换取得突破

这些发现已发表于《光：科学与应用》（Light: Science & Applications）期刊上，展示了增强基于石墨烯器件的太赫兹（THz）非线性效应的创新策略。“该研究在提高太赫兹频率转换器的效率方面迈出了重要一步，这是多光谱太赫兹应用，尤其是未来通信系统（如6G）的关键方面，”梅纳德教授说道。他与渥太华大学的研究人员阿里·马莱基和罗伯特·W·博伊德，以及来自德国拜罗伊特大学的莫里茨·B·海因德尔和格奥尔格·赫林克，以及Iridian Spectral Technologies公司的研究人员共同合作开展了该项目。

利用石墨烯独特的光学特性

这项新研究展示了如何利用石墨烯独特的光学特性，石墨烯是一种由单层碳原子组成的新兴量子材料。这种二维材料可以无缝集成到设备中，为信号处理和通信领域带来全新的应用。

此前将太赫兹光和石墨烯相结合的工作主要关注基础的光物质相互作用，通常只研究实验中单一参数的影响。由此产生的非线性效应极其微弱。为了克服这一局限性，梅纳德教授及其同事采用了多种创新方法，以增强非线性效应，并充分利用石墨烯的独特性质。

拓展太赫兹（THz）技术的未来

渥太华大学超快太赫兹小组（Ultrafast THz group）的博士生阿里·马莱基（Ali Maleki）负责收集和分析该研究的结果，他补充道：“我们的实验平台和新型器件架构为研究石墨烯以外的各种材料提供了可能，并有可能发现新的非线性光学机制。”

“此类研发对于完善太赫兹（THz）频率转换技术并最终将该技术融入实际应用至关重要，尤其是实现高效、芯片集成的非线性太赫兹信号转换器，以推动未来通信系统的发展。”

参考文献：《结合多层、门控和基于超材料的结构增强太赫兹谐波产生的策略》，作者：阿里·马莱基、莫里茨·B·海因德尔、辛永保、罗伯特·W·博伊德、格奥尔格·赫林克、让-米歇尔·梅纳德，发表于2025年1月9日，《光：科学与应用》。数字对象唯一标识符：10.1038/s41377-024-01657-1