近期，电子科学与工程学院杨梓强教授与张雅鑫教授所带领的太赫兹调控及通信技术团队携手东南大学崔铁军院士团队，在太赫兹超构芯片（meta-chip）与器件研究方面取得重要突破，研究成果已在太赫兹通信领域实现了应用。该团队运用超构芯片（meta-chip）的新概念，将微结构与电路相互融合，通过场路结合设计方式研制出高性能太赫兹射频芯片、器件和系统，实现了太赫兹高速逻辑调制和运算一体化、时间编码太赫兹高速通信、透射式高精度大扫描范围的太赫兹智能感知与通信等功能，为未来6G太赫兹通信系统关键技术的发展提供了相关新思路和方法。相关成果分别以“Dynamically logical modulation for THz wave within a dual gate–controlled 2DEG metasurface “和“High-order direct modulation terahertz communications with a wideband time-coding metachip modulator“为题，连续发表在国际顶尖期刊Science子刊Science Advances上；以“Sub-terahertz transmissive reconfigurable intelligent surface for integrated beam steering and self-OOK-modulation“为题，发表在Nature子刊Light: Science & Applications上。
同时，该团队2024年还在Photonics Research杂志发表多篇论文，其中“ Ultrafast Modulable 2DEG Huygens’ Metasurface“被选为“Spotlight on Optics”论文；以及在Optics Letters杂志发表关于单载波400Gbps的论文、在IEEE Communication magazine杂志上发表多维串扰抑制的83.2Gbps太赫兹实时通信等系列论文，团队还指导本科生以“太赫兹机载应急通信”为题获得2024年中国国际大学生创新大赛金奖等。
成果1：基于双栅控二维电子气的高速逻辑调制动态超表面（Dynamically logical modulation for THz wave within a dual gate–controlled 2DEG metasurface）
研制出了基于二维电子气的双栅控高速逻辑调制超表面，该动态超表面器件通过独立调控双电子通道中的电子分布，可以实现二维电子对称和非对称分布状态的自由转换，基于这种转换机制构建了多种谐振模式间的耦合关系，并由此产生了多种输入信号与输出信号之间的多值对应关系，最终实现了太赫兹波段高速逻辑运算和调制的一体化功能。研究结果表明，该器件在0.27-0.34THz工作频段完成了AND、OR、XOR、XNOR、NOR和NAND的多种逻辑运算调制功能，调制速度高达250皮秒。该项成果为太赫兹波的高速调制和自由空间逻辑运算一体化器件的发展提供了一条重要途径，有望进一步提高太赫兹通信的安全性。
成果2：基于宽带时间编码超构调制芯片的高阶直调太赫兹通信架构（High-order direct modulation terahertz communications with a wideband time-coding metachip modulator）
利用超构芯片的电磁谐振特性与时间编码调制相融合的方法，通过控制施加到GaAs二极管上的电压脉冲时序，调控电磁谐振的模式和强度，从而对在片上传输中的太赫兹波幅度变化的占空比和时延进行时间编码调控，通过时间编码构造直接调制架构中时间量和太赫兹波的幅度、相位变化对应关系，在此基础上，成功构建了基于高阶直接调制的太赫兹通信系统。该系统架构简单、复杂度低，且突破了太赫兹直接调制系统调制格式单一的束缚，可支持包括QPSK、16PSK和16QAM等在内的多种调制格式。实验结果表明，在0.34THz载波频率下，具有5 Gbps传输速率及实时业务传输能力。这一研究为低功耗、集成化的太赫兹无线通信系统发展提供了新途径。
成果3：集成波束调控与OOK调制一体的太赫兹透射式智能超表面（Sub-terahertz transmissive reconfigurable intelligent surface for integrated beam steering and self-OOK-modulation）
针对太赫兹感通一体系统对同时具有调制、波束扫描和数字编码等多功能太赫兹器件的需求，提出了运用PB相位调控和编码式多路栅控二维电子气人工微结构阵列结合的方式，研制出一种新型的波束赋形与信息调制一体化的太赫兹透射式可编程智能超表面器件。该器件通过高速调制偏压，调控表面电流反转的同时周期性调制电流大小，从而实现电控PB相位微结构的幅相共调。基于该器件搭建了亚太赫兹自调制传输跟瞄系统，实现了2.8dB低损耗、±60°大范围波束调控和100MHz调制速率的OOK幅度调制，实验验证了THz信息调制传输与波束跟瞄一体化的可行性。该研究为太赫兹通感一体化（JSAC）系统、太赫兹共生通信系统等提供了有效新途径。
