EPFL工程学院功率与宽带隙电子研究实验室(POWERlab)的Elison Matioli解释说，进一步的小型化并不是提高电子性能的可行解决方案。他说:“新的论文描述了越来越小的设备，但就氮化镓制成的材料而言，就频率而言，最好的设备已经在几年前发表了。”“在那之后，真的没有什么比这更好的了，因为随着设备尺寸的缩小，我们面临着根本性的限制。不管使用什么材料，这都是事实。”

为了应对这一挑战，Matioli和博士生Mohammad Samizadeh Nikoo提出了一种新的电子方法，可以克服这些限制，并使新型太赫兹设备成为可能。他们没有缩小他们的设备，而是重新排列了它，特别是通过在由氮化镓和氮化铟镓制成的半导体上蚀刻称为亚波长距离的元结构的图案接触。这些元结构允许控制设备内部的电场，产生自然界中不存在的非凡特性。

至关重要的是，该设备可以在太赫兹范围内(0.3-30太赫兹)的电磁频率下工作——比当今电子产品中使用的千兆赫兹波快得多。因此，它们可以在给定的信号或周期内携带更大量的信息，这使它们在6G通信及以后的应用中具有巨大的潜力。

“我们发现，在微观尺度上操纵射频场可以显著提高电子设备的性能，而不依赖于激进的缩小，”Samizadeh Nikoo解释说，他是最近发表在该杂志上的一篇关于这一突破的文章的第一作者自然。

记录高频率，记录低电阻

因为太赫兹频率对于当前的电子设备来说太快了，对于光学应用来说太慢了，所以这个范围通常被称为“太赫兹间隙”。利用亚波长元结构来调制太赫兹波是一种来自光学世界的技术。但是POWERlab的方法允许前所未有的电子控制程度，而不像光学方法那样将外部光束照射到现有的图案上。

“在我们基于电子的方法中，控制感应射频的能力来自于亚波长模式接触的组合，加上施加电压的电子通道控制。这意味着我们可以通过诱导(或不)电子来改变元设备内部的集体效应，”马蒂奥利说。

虽然目前市场上最先进的设备可以实现高达2太赫兹的频率，但POWERlab的元设备可以达到20太赫兹。类似地，今天在太赫兹范围内工作的设备往往在低于2伏的电压下崩溃，而元设备可以支持超过20伏的电压。这使得太赫兹信号的传输和调制比目前可能的功率和频率大得多。

集成解决方案

正如Samizadeh Nikoo所解释的那样，调制太赫兹波对电信的未来至关重要，因为自动驾驶汽车和6G移动通信等技术对数据的需求不断增加，正迅速达到当今设备的极限。POWERlab开发的电子元设备可以通过生产紧凑的高频芯片，为集成太赫兹电子产品奠定基础，例如，这种芯片已经可以用于智能手机。

“这项新技术可以改变超高速通信的未来，因为它与现有的半导体制造工艺兼容。我们已经展示了在太赫兹频率下高达每秒100千兆比特的数据传输，这已经是我们今天5G的10倍了，”Samizadeh Nikoo说。

马蒂奥利说，为了充分发挥这种方法的潜力，下一步是开发其他电子元件，准备集成到太赫兹电路中。

“集成太赫兹电子技术是互联未来的下一个前沿领域。但我们的电子元设备只是一个组件。我们需要开发其他集成太赫兹元件，以充分实现这项技术的潜力。这是我们的愿景和目标。”