科学家研制新材料 突破太赫兹空白隙

　　携带太赫兹频率的电磁辐射的电线可以传送1000GHz的信号。那将是IBM公司上周发布的世界上运行最快的微处理器速度的20倍。

　　直到目前为止，太赫兹空白隙的存在一直使电子电路的频率无法超越60Ghz，这正是下一代个人宽带局域网WPAN的频率。日前犹他大学的研究人员证明了通过利用微米穿孔线在不锈钢的顶部构建作用相当于太赫兹口径大小的波导线的方法可以突破这一限制。据该大学的电机工程教授Ajay Nahata介绍，该项技术可以用于传输，弯曲，分裂和结合0.3THz(300 GHz)的太赫兹放射线，并可延伸至10THz。

　　“这是关于速度的问题，” Nahata说，“以太赫兹的速度下载一部电影也许只需要几秒钟。

　　太赫兹频段位于微波频段和光纤使用的红外线频段之间的空白处。太赫兹频率的电磁信号既有电信号又有光信号的特性，需要像波导一样的结构来传送，但在产生要素上却类似于普通电信号所用的天线。

　　Nahata现在已经验证了一种配线方法可以将放射线集中在一个穿孔金属“线”中，就像用来将有线电视信号分给两台电视收看的分配器一样，这就是未来太赫兹电路的基本要素。Nahata估计在十年内这一成果将引领具有太赫兹速度的电路应用到计算机和通信领域中去。

　　“我们已经论证了第一步如何使电路使用上太赫兹频率辐射，”Nahata说道，他和该大学电气和计算机工程系的两名博士生Wenqi Zhu和Amit Agrawal一起完成了这一项工作。

　　犹他大学的论证建立在帝国理工大学(伦敦)研究员Stefan Maier的研究理论成果上。他和巴斯大学，西班牙的马德里大学和萨拉戈萨大学的科学家及同事在今年的早些时候证明了在金属和绝缘体(如铜和高聚物)的分界处，电磁表面波所支持的表面等离子体极化声子可以引导太赫兹频率的信号。

　　Nahata和犹他大学的同事通过在一块不锈钢金属薄片上钻一个50×500微米的矩形小洞，将钢作为导体，空气作为绝缘体来构建他们的波导和信号分配器。波导大约一英寸长，金属薄片大约625微米厚。研究人员说，经过验证这个凹槽能够使0.3THz的射线集中到波导，射线将穿入金属薄片表面1.7mm深处，然后只在水平方向沿着穿孔的模型延伸大约2mm左右。

　　该穿孔模型由两根分开大约一厘米的太赫兹线开始，组成一个像“X”最左边一样的角，但没有交叉，而是沿着两边各自延伸，然后再组成一个像“X”最右边一样的角。因为两条线各自向两边延伸，信号在波导每一边的2mm的扩伸都将会和两根线耦合，所以在最右边出来的的两根线都将携带50%的合成信号。

　　为了测试这个波导，一个金属薄片上的半圆刻痕将0.3THz宽带辐射集中在最左边的其中一条线。经过在中间部分耦合后，第二根线将远离第一根不超过50微米左右，分配器右边分支出来的两根线的信号将各自携带50%的能量。

　　“我们所做的工作就是为了做出这些线，” Nahata说道，“现在问题是，我们如何研制出工作在太赫兹频率的器件?”

　　他们的报告发表在4月18日星期五的自由在线杂志《光学快递》上。（2008年4月）