基于石墨烯的可编程表面推动太赫兹成像与6G通信发展

曼彻斯特大学国家石墨烯研究所的研究人员开发出新型可重构智能表面，可动态调控太赫兹（THz）与毫米波。这项突破性成果近日发表于《自然·通讯》，攻克了长期存在的技术难题，为下一代6G无线技术和非侵入式成像系统开辟了道路。 Sa@'?ApH
该突破核心在于一种有源空间光调制器——其表面拥有超过30万个亚波长像素，可在透射与反射模式下操控太赫兹光。此前调制器仅能进行小规模演示，而曼彻斯特团队通过将石墨烯基太赫兹调制器与大面积薄膜晶体管（TFT）阵列集成，首次实现了广域太赫兹光振幅与相位的高速可编程控制。 0,@^<G8?

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新型可重构智能表面

曼彻斯特大学二维器件材料教授Coskun Kocabas表示："我们开发出了一种在空前规模和速度下动态控制太赫兹波的新方法。通过将石墨烯光电子学与先进TFT显示技术结合，现在能够实时重构复杂太赫兹波前。"
研究展示了多项功能突破，包括可编程太赫兹透射模式、波束控制、灰度全息成像，以及概念验证型单像素太赫兹相机。这些功能的实现得益于对石墨烯的精细静电门控调控——这种材料在太赫兹频段展现出独特的电学和光学特性。

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单像素太赫兹相机

论文共同作者、现任巴斯大学讲师的M. Said Ergoktas博士补充道："我们的器件通过调节连续石墨烯薄膜的局部电荷密度实现像素级控制，无需传统石墨烯图案化工艺。这种架构支持利用商用显示器背板进行可扩展制造。"
该团队设计的器件架构还支持动态波束调控和轨道角动量结构太赫兹波束生成，这对先进太赫兹通信系统至关重要。其中一项突破性演示展示了二进制'叉形'衍射图案如何产生具有可调涡旋阶数的环形光束，这对多路数据传输和波束整形具有重要意义。
在通信领域之外，研究人员还展示了可对隐藏金属物体成像的单像素太赫兹相机，标志着安防、工业监测和医疗诊断领域的非侵入式检测技术取得重大进展。该方法采用压缩感知算法从调制太赫兹图案中重建图像，凸显了其可编程平台的灵活性。
Kocabas教授指出："此前太赫兹调制器始终受限于规模和速度。通过融合显示技术，我们证明了该领域可从实验室演示走向实际应用。"
研究者表示下一步将提升调制速度，并将系统扩展至反射模式以实现全光谱成像。未来研究还将聚焦于将该平台与先进波束成形系统及下一代6G无线技术深度融合。
相关链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58256-w

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