Vědci na singapurské Nanyang Technological University a japonské Osaka University vytvořili prototyp křemíkového čipu, který funguje jako fotonický topologický izolátor. Podobně jako topologické izolátory vedou elektrický proud pouze po svém povrchu (nebo ve 2D po svém obvodu), pro fotonické součástky tohoto typu platí totéž se světlem.
Ve studii publikované v Nature Photonics autoři výzkumu demonstrovali, jak jejich čip dokáže přenášet terahertzové vlny rychlostí až 11 Gb/s. To překračuje i teoretické (a dosud nedosažené) maximum 10 Gb/s pro sítě 5G. Terahertzové vlny se svou frekvencí nacházejí mezi mikrovlnami a infračervenou oblastí, jejich využití v komunikačních technologiích ale zatím naráželo na řadu překážek. V konvenčních vlnovodech, ať už šlo o vlákna nebo krystaly, se totiž tato frekvence přenáší s chybami v důsledku i jen drobných nepravidelností (kazů) materiálu. Fotonické topologické izolátory řeší tento problém tím, že světlo je vedeno na povrchu a eventuálním vadám materiálu se tak dokáže vyhnout. Příslušný čip konkrétně vypadá tak, že materiál je děrován sítí přesně uspořádaných trojúhelníků, což podle autorů výzkumu způsobí, že vlny dostanou „topologickou ochranu“.
Sám o sobě tento koncept není novinkou, ale hlavní autor studie Ranjan Singh z Nanyang Technological University uvedl, že poprvé se takto podařilo využít terahertzové vlny a dosáhnout díky tomu tak velké přenosové rychlosti. Příslušný čip by mohl fungovat především k propojení dalších komponent, aby mohly být integrovány všechny součástky potřebné pro fungování bezdrátových zařízení. Díky tomu, že čip je z křemíku, měl by jít s dalšími součástkami snadno integrovat a pro jeho masovou produkci také bude možné použít již zavedených výrobních postup. Předpokládá se, že technologie 6G by mohly zefektivnit např. komunikaci samořízených automobilů.
S terahertzovými technologiemi se ovšem počítá nejen pro bezdrátové přenosy, ale také pro přenos dat v systémech s masivně vícejádrovými procesory a obecně v datových centrech.
Yihao Yang et al. Terahertz topological photonics for on-chip communication, Nature Photonics (2020). DOI: 10.1038/s41566-020-0618-9
Zdroj: Nanyang Technological University/Phys.org
