“如何将高速数据传输速率进一步提高”，或许是通讯范畴中所有人都在考虑的技能问题。关于这个急迫问题，业界的研讨人员对完成途径存在着各自的观点和不同的定见。
不过，运用更高频率的电磁波以更快的速率来传输，现已是现在无可避免的趋势。从 1G、2G、3G，到现在被大规模的运用的 4G 网络开展进程能够精确的看出，人们运用的电波频率渐渐的升高。而跟着 5G 成为了本年的年度热词，现已有部分地区正在建造高频电磁波的 “未来化” 通讯体系。
跟着不断添加的带宽需求，未来的无线通讯体系无可避免地被面向了 100 GHz 至 1 THz 的区域，这现已抵达 “极高频” 的区间，美国在本年年初决议敞开 “太赫兹波” 频率段（95 GHz ~ 3 THz），供给给 6G 的相关试验运用，在 5G 方兴未已之时首先布局。
这影响了研讨人员对新信号源、调制器、谐振器、移相器，以及滤波器等互补设备的需求。但现在很少有满意该频段需求的设备；一起，毫米波的电磁特性通常是固定的，而且具有 “宽” 的共振特征。而最近来自美国伊利诺伊大学香槟分校的研讨人员将等离子、金属和介电资料组合成了一种多功用的人工晶体，或可为更高带宽的无线通讯铺平道路。
这项研讨横跨伊利诺伊大学香槟分校的电子计算机与工程、光学物理与工程，以及资料科学与工程系等专业，文章宣布在近期的 Applied Physics Reviews 杂志上。三名并列榜首作者都是该校的华人学者——孙鹏、张润宇和陈闻远。DeepTech 与榜首作者之一、该校电子计算机与工程系博士后研讨员孙鹏就该研讨进行了沟通。
图 | 动态等离子体 / 金属 / 介电晶体能够过滤 100~300 GHz 规模内的电磁信号，并在任何给定的时刻传送所需的频率；白光照射在晶体上标志着被晶体过滤的宽带毫米波信号，其只答应窄带辐射（以赤色、绿色或蓝色的光束方式）穿过晶体（来历：孙鹏 / 伊利诺伊大学香槟分校）
孙鹏向 DeepTech 解释道：“这项技能的分外特别之处，在于它能在多频率下一起发生多个通讯频道。换句话说，它能答应多个通话同一时刻在同一网络下存在。而这一点也是未来高速通讯开展的中心。”
此前，过于高频的波段一度被认为是没有运用价值的，由于真实缺少能够发送或许接纳毫米波的电子元件或设备。但这项研讨或许将为通讯设备供给巨大的带宽潜力，而研讨的要害便是 “动态等离子体” 与金属和介电资料的规划。
等离子体（plasma）关于功用和频率之间的快速切换至关重要，可是过往根据等离子体的电磁晶体都太大了，无法在高频下作业。所以，孙鹏和他的搭档们发现，打破的要害在于去创立一种能够让等离子和金属柱之间的距离小到操作辐射波长的结构。
“等离子体是除了固态、气态和液态之外，物质的第四种状况。咱们这项研讨的立异点在于，经过等离子体来规划并完成三维动态 （空间和时刻）可调控的活性功用化资料。这个效果是多范畴穿插研讨的精妙出现。”孙鹏说道。
图 | 具有木桩结构的三维等离子体光子晶体（PPCs）结构图画（来历：孙鹏）
从体积视点来看，电磁波的波长跟着频率和带宽的添加而缩短。他们为了完成作业在 100 GHz 以上频率的高带宽晶体，就有必要进行小规模规划。
孙鹏和他的搭档们用 3D 打印制作出一种支架，这是所需网络的根底底片。随后，他们将聚合物倒入，一旦凝结，再向直径为 0.3 毫米的微毛细管中充溢等离子体、金属和介电气体。针对这个仿制模塑（replica-molding ）技能，他们花了近五年的时刻来完善木桩状晶格中微毛细管的尺度和距离。
孙鹏说：“拼装资料十分困难。但终究仍是能够运用规划的资料来观测 100 GHz 到 300 GHz 频率规模内的共振，这是一个针对很大的共振规模的操作。”
此外，他还标明为满意 100-300 GHz 的有用作业区间，这就从另一方面代表着对等离子的电子密度有很高的要求。除了 3D 打印之外，还触及软光刻技能（Soft-Lithography） 等多步精密加工进程。所以，现在大规模运用暂时还没有考虑。
但孙鹏和搭档们的这项研讨标明，规划出晶体的电子特性的快速改变（例如在反射或传输信号之间的切换）能够终究靠简略地翻开或封闭几个等离子体柱来完成。这样的才能证明了这种动态且节能的设备假如用在通讯范畴时能起到的功效。
关于未来的研讨，这篇文章通讯作者、也是负责人之一的 J. Gary Eden 教授标明，希望能进一步优化这种新器材的制作和开关功率。一起，也会测验深入研讨其他的运用之处，比方能够调理晶体以呼应特定分子（用在针对大气污染物的共振），还能够用作高灵敏度的检测器等。
图 | 从左至右分别为：孙鹏、张润宇、陈闻远（来历：自己供给）
孙鹏现在是伊利诺伊大学香槟分校的博士后研讨员， 上任于电子计算机与工程系。他在本年获得了伊利诺伊大学香槟分校土木与环境工程专业的博士学位，师从美国工程院院士 J. Gary Eden 教授和 Helen Nguyen 教授。一起，他具有伊利诺伊大学香槟分校电子计算机与工程专业和北京大学生物医学专业的双硕士学位。
张润宇在 2018 年获得了伊利诺伊大学香槟分校资料科学与工程专业的博士学位，他的导师是上述试验的另一名通讯作者和负责人 Paul V. Braun 教授。他的本科也是在伊利诺伊大学香槟分校度过的，于 2012 年取得了该校机械工程专业的学士学位。
陈闻远同样是本科时期就在伊利诺伊大学香槟分校就读，他在 2018 年取得了机械工程专业的学士学位，随后便持续在该校攻读电子工程专业的硕士学位。他从 2016 年的本科期间就跟从 J. Gary Eden 教授进行试验，硕士阶段则持续在 Eden 的课题组中从事等离子体和超资料相关研讨。
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参阅：
https://doi.org/10.1063/1.5120037
https://www.eurekalert.org/emb_releases/2019-12/aiop-cdo120619.php
