中國(guó)科學(xué)院讓太赫茲信號(hào)繞過(guò)障礙物實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)傳遞

近日，中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所王林、陳效雙團(tuán)隊(duì)和東華大學(xué)邢懷中團(tuán)隊(duì)與意大利拉奎拉大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)共同合作，通過(guò)精確操控第二類狄拉克費(fèi)米子態(tài)誘導(dǎo)布洛赫自旋電子單向散射，實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)傳遞，相關(guān)成果發(fā)表于《自然----通訊》。

喜歡看足球的人都知道，香蕉球在空中一邊飛行一邊自轉(zhuǎn)，能巧妙地繞過(guò)人墻，讓守門員猝不及防，以刁鉆的角度入網(wǎng)。這是因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)的足球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，上/下半側(cè)受到的氣流壓力不同而使其偏離常規(guī)的落體運(yùn)動(dòng)，這個(gè)現(xiàn)象就是經(jīng)典的馬格努斯（Magnus）效應(yīng)。

微電子芯片類似于一個(gè)“足球場(chǎng)”，如果把電子比喻成足球，信息交換主要依賴于電子點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的快速傳輸、存儲(chǔ)與處理，但是電子受到阻礙會(huì)產(chǎn)生功耗、熱耗散等。

隨著信息技術(shù)發(fā)展，預(yù)計(jì)新一代6G智能應(yīng)用場(chǎng)景所需的數(shù)據(jù)速率將進(jìn)入太比特每秒的水平，將面臨低能耗、大數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎匾魬?zhàn)。如果能夠改變電子的直線傳輸方式，借助于類似“香蕉球”自轉(zhuǎn)的電子傳遞，那么電子傳輸有可能繞過(guò)障礙物實(shí)現(xiàn)能量無(wú)耗散轉(zhuǎn)化，將在低功耗和高能效水平下展現(xiàn)出更多的信息存儲(chǔ)、更快的信息交互和處理。

為此，研究人員通過(guò)自旋極化角分辨光電子能譜實(shí)驗(yàn)給出電子在自旋、能量、動(dòng)量三個(gè)維度詳細(xì)信息，在碲化鎳薄膜材料表面觀察到自旋態(tài)電子的分布。當(dāng)交變的電磁波作用在這些自旋的電子后，受電磁力的作用自旋電子會(huì)產(chǎn)生的周期性振蕩，形成手性Bloch電子態(tài)。這些電子好比于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上 “高速旋轉(zhuǎn)的球”，當(dāng)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向相反且自旋方向也相反的電子遇到晶格散射場(chǎng)力作用時(shí)，每個(gè)自旋電子都會(huì)出現(xiàn)類似“香蕉球”一樣地反射并朝著同一個(gè)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即在宏觀上產(chǎn)生橫向方向上的直流電。即使在高于太赫茲的頻率下，依然顯示出高達(dá)251毫安每瓦的室溫靈敏特性，具備寬帶寬工作、高動(dòng)態(tài)范圍和高分辨太赫茲成像通訊等功能。

論文共同通訊作者王林研究員表示，這種自旋電子的“香蕉球”運(yùn)動(dòng)改變了傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息傳遞模式，通過(guò)光場(chǎng)可同時(shí)操縱電子自旋和電荷傳遞進(jìn)行超高速率、極低功耗的信息處理，為探索新型太赫茲光電物理實(shí)現(xiàn)高靈敏度器件應(yīng)用提供新思路。

博士研究生張力波為該論文的第一作者，陳效雙研究員、意大利拉奎拉大學(xué)Antonio Politano教授和東華大學(xué)邢懷中教授為該論文共同通訊作者。

原文標(biāo)題：6G技術(shù)研發(fā)重要進(jìn)展：讓太赫茲信號(hào)繞過(guò)障礙物

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