Chip de multiplexação flexível Terahertz habilitado por transições de fase topológicas sintéticas
Os raios azuis e vermelhos representam diferentes subcanais no domínio da frequência. A comutação do subcanal é operada ao custo de um quadro de guarda temporal determinado pelo tempo de comutação da distância entre camadas d . As inserções mostram o diagrama simplificado das bandas de energia com mecanismo de transição TP. Crédito:Science China Press A banda terahertz é uma banda de lacuna entre microondas e infravermelho e tem mostrado grande potencial de aplicação em muitos campos de informação de ponta, como comunicações 6G. A fotônica baseada em silício Terahertz tem muitas vantagens, como alta eficiência de transmissão e é uma plataforma eficaz para a realização de dispositivos terahertz.
No entanto, como implementar dispositivos com funções mais ricas na banda de terahertz ou expandir as capacidades de controle de dispositivos ainda é um tópico de pesquisa importante em fotônica integrada de terahertz.
Em um estudo publicado na revista National Science Review , os pesquisadores propuseram um método de design de chip baseado na regulação topológica do acoplamento entre camadas. Este método usa a força de acoplamento intercamadas do cristal fotônico do vale da bicamada para regular o hamiltoniano do sistema fotônico topológico da bicamada:
H =HT +HB +HTB
Onde HT e HB representam o hamiltoniano da rede fotônica superior e inferior, respectivamente, enquanto HTB é usado para descrever o hamiltoniano gerado devido ao acoplamento intercamadas.
Ao regular a distância entre as camadas, o sistema pode ser efetivamente controlado para estar em um estado acoplado ou desacoplado, e o acoplamento intercamadas hamiltoniano HTB pode ser ajustado para controlar as transições de fase topológicas do sistema fotônico. Devido à correspondência de borda em massa, os estados de borda topológica antes e depois da transição de fase podem ser distribuídos em diferentes caminhos espaciais.
(a) Configuração experimental do sistema de transmissão fotônica transportando sinais 16-QAM de banda larga de 2,5 GHz de subcanal único. (b) Relação entre a taxa de transmissão de dados e o BER alcançado no chip. As inserções de (b) mostram as constelações de sinais 16-QAM transmitidos abaixo do limite HD-FEC marcados por estrelas vermelhas e azuis. Crédito:Science China Press
Para verificar o valor potencial da aplicação da solução técnica nas comunicações de próxima geração, a equipe de pesquisa realizou testes relevantes sobre o desempenho de comunicação em terahertz do chip. O chip multiplexador atinge transmissão de sinal 16-QAM de 10 Gbps e 12 Gbps em dois canais comutáveis de 120 GHz e 130 GHz, respectivamente, com larguras de banda disponíveis de 2,5 GHz e 3 GHz, respectivamente.
Este trabalho enriquece os métodos de manipulação de canais no chip terahertz, promove ainda mais a aplicação de fotônica topológica em sistemas e dispositivos de comunicação avançados e pode inspirar mais mecanismos e fenômenos físicos novos em sistemas topológicos bicamadas e multicamadas.
