太赫茲的案例
航天制造中的電鑄技術：毫米波/太赫茲器件
繼上期閱讀：
航天制造中的電鑄技術（一）：液氫液氧火箭發動機推力室
毫米波/太赫茲器件
通常將頻率處于30~300 GHz的電磁波稱為毫米波，將頻率處于300 GHz至10 THz的波稱為太赫茲波。毫米波與太赫茲波技術在空間、航天等領域中具有獨特而顯著的應用。毫米波技術不僅應用于精確制導和導航，而且毫米波雷達得益于其較高的分辨率，可作為地基監測系統的補充，用于監測厘米級乃至毫米級的微小空間碎片。由于當前隱身飛行器的隱身效果主要針對厘米波，毫米波還具有優異的反隱身性能。
太赫茲技術在21世紀得到了飛速發展，在軍事領域天基監視雷達搭載的太赫茲設備穿透性強，可用于對地面的高分辨率成像；在天文領域，太赫茲波在宇宙空間中傳輸損耗較低，基于太赫茲技術的天文望遠鏡具有更低的噪聲背景，能接受到更豐富的信息。
展開 “三合一”石墨烯基太赫茲探測器問世 該設備可用于醫療研究與宇宙探索
新型石墨烯基太赫茲探測器（概念圖）
圖片來源：MIPT官網
據俄羅斯莫斯科物理技術學院（MIPT）官網近日報道，來自俄羅斯、英國、日本、意大利的科學家團隊，開發出了一種基于石墨烯的太赫茲探測器。新設備既可充當靈敏的探測器，也可作為工作頻率在太赫茲范圍的光譜儀使用。
太赫茲波是介于微波和紅外線之間的電磁波，具有穿透性強、安全性高、定向性好等優勢，有望用于醫療、宇宙探索等領域。但現有太赫茲探測器存在效率低下的問題，主要是因為太赫茲波與檢測元件（晶體管）之間尺寸不匹配。晶體管僅百萬分之一米，而太赫茲輻射的波長是其100倍，導致太赫茲波從探測器身邊溜走。
1996年，科學家提出了一個解決辦法：將入射波能量壓縮到與檢測器大小相當的體積內。為此，探測器材料需要支持特種“緊湊波”——所謂的等離激元。從理論上來說，在波的諧振下，這種探測器的效率會得到進一步提升。
但實現這種探測器比預期更難。原因在于：在大多數半導體材料中，由于電子與雜質的碰撞，等離激元會快速衰減。石墨烯被認為可解決問題，但其還不夠潔凈。
在最新研究中，科學家解決了這個問題。他們制造了一個光電探測器，由封裝在氮化硼晶體之間的雙層石墨烯組成，并與太赫茲天線發生耦合。在這個“三明治”結構中，雜質被逐出石墨烯薄片之外，使等離激元更自由地傳播。被金屬鉛束縛住的石墨烯片形成了一種等離激元諧振器，而石墨烯的雙層結構使波速可在一個寬范圍內調諧。
新設備實際上也是尺寸僅為幾微米的太赫茲光譜儀，可通過電壓調諧控制諧振頻率。此外，它還可用于基礎研究：在不同頻率與電子密度下測量探測器中的電流，展示出了等離激元的特性。
展開 微納級3D打印：中國計量大學嚴德賢課題組《Results in Physics》，基于太赫茲波段的負曲率軌道角動量光纖
增大通信網絡的容量和提高通信速度的一種方法是開發太赫茲(Terahertz, THz)波段的光纖通信空間維度。太赫茲波是介于微波和紅外光之間的一種電磁波，頻率介于0.1THz到10THz之間，由于它帶寬大和傳輸速度快以及可以提供點對點的網絡拓撲結構而備受關注。而在空間維度資源中，基于軌道角動量（Orbital Angular Momentum，OAM）的模分復用技術由于攜帶不同拓樸荷數的相互正交的軌道角動量模式成為擴大通信容量的一種非常有潛力的方案。軌道角動量具有全新的電磁波自由度特性，具有軌道角動量特性的電磁波可以在常用的信息傳輸方式，如波分復用（Wave Division Multiplexing，WDM）、偏振復用（Polarization Multiplexin，PM）、時分復用（Time Division Multiplexing，TDM）等信息傳輸方式上成倍的提高信息傳輸容量。
近日，中國計量大學嚴德賢課題組提出了基于太赫茲波段的負曲率軌道角動量光纖。該光纖以重慶摩方精密科技有限公司提供的HTL聚合物材料（耐高溫樹脂）為基底，采用兩層傾斜橢圓管的結構設計，通過引入環芯區域在0.4-0.8THz波段成功產生50-52個OAM模式，且在所研究的波段內獲得了高模式純度、低限制損耗和低波導色散等傳輸特性，相關研究成果以“Design of negative curvature fiber carrying multiorbital angular momentum modes forterahertz wave transmission”為題發表在《Results in Physics》。
圖1.3D打印負曲率軌道角動量光纖結構圖
圖1展示了基于摩方精密nanoArch S140打印技術的3D打印光纖樣品圖。
展開 《ACS Nano》基于纖維素納米纖維的太赫茲雙折射的導電仿生氣凝膠
有效利用CNF，MXene和層狀孔，使氣凝膠在太赫茲（THz）范圍內具有異常高的雙折射性。
在0.4 THz時，雙折射值高達0.09-0.27，可與大多數商業THz雙折射材料（如液晶）相比較，后者易崩解，成本高且制備過程復雜。
不同MXene含量的經驗模
型以及與銀納米線或碳納米管嵌入的
CNF氣凝膠的實驗比較表明，嵌入的納米材料的固有電導率和含量，氣凝膠孔隙率和層狀細胞壁會影響光學性質，例如太赫茲雙折射和吸收。
生物聚合物氣凝膠中光學各向異性的確定為進一步探索超輕，獨立和低成本仿生多孔結構基于THz器件奠定了基礎。
【主圖導讀】
圖
1.
（a）由可再生生物質制備CNF的示意圖，以及（b）CNF的TEM圖像。（c）TEM（插圖顯示MXene水分散體）和（d）制備的MXene層的AFM圖像，在橫截面位置具有相應的高度輪廓插圖。（e）混合的CNF/MXene前驅體分散體和相應的凍干層狀多孔支架的冷凍過程，該層狀多孔支架具有大規模排列的層狀孔/細胞壁。（f）密度為20 mg/cm
3
的層狀多孔MXene/CNF氣凝膠和（g）相應的MXene嵌入的CNF雜化細胞壁（e，底部）的SEM圖
像。
（h）基于CNF的氣凝膠的XRD圖譜，（i）MXene/CNF含10 wt％MXene的氣凝膠在平行于且垂直于層狀細胞壁的方向上的典型壓縮曲線，以及（j）MXene中各種MXene含量的電導率/CNF氣凝膠和相應的MXene/CNF固體薄膜。
圖
2.
（a）用于提取光學特性的THz-TDS設置的示意圖。（b）參考和樣品的太赫茲電場。（c）使用傅里葉變換提取的參考和樣品的太赫茲光譜。（d）相對于細胞壁的兩個主要THz極化（電場）方向的示意圖φ= 0°和φ= 90°。
展開 
6G帶來的芯片機會
為了增加通信帶寬，最直接的方法就是提升載波頻率，而這也是太赫茲在6G領域得到特別關注的原因。一般來說，太赫茲（THz）是指載波頻率在300 GHz - 3 THz范圍內的頻段，而sub-THz則是指100 GHz - 300 GHz左右的頻段。而在6G的相關語境中，一般太赫茲同時指THz頻段和sub-THz頻段。
目前，各個國家都在積極研發6G相關的太赫茲技術，并且在開放相關頻段。中國早在2019年底就開始了6G技術研發推進工作組，而華為也在今年早些時候公布了使用太赫茲技術實現的通信距離達到500米的6G原型系統；美國在2019年也決定開放95 GHz - 3 THz的6G實驗頻譜；韓國政府在大力投入6G研發，三星和LG也都在積極開發相關技術，LG在今年九月初宣布和德國夫瑯和費研究所合作實現了通信距離在200米以上的太赫茲通信原型機，其輸出功率高達20 dBm。
綜上，我們認為隨著6G技術的興起，為了滿足高通信速率的需求，載波頻率繼續提升到太赫茲頻段將成為6G的關鍵技術，而相關的半導體芯片和系統則將是支撐太赫茲和6G通信的核心。
半導體太赫茲通信芯片現狀和前瞻
如上所述，太赫茲通信芯片將成為6G的技術核心。太赫茲通信相關的芯片可以分為兩大類，一個是射頻芯片，而另一類是基帶芯片。
就射頻芯片而言，太赫茲首先需要能工作在高頻段（太赫茲頻段）而且帶寬很大的電路。為了滿足這個要求，目前用于長距離通信的太赫茲射頻芯片主要還是使用III-V族半導體HEMT和HBT晶體管實現射頻相關的工作。III-V族半導體的工作頻率高，工作帶寬大，且輸出功率較大，能滿足太赫茲頻段通信的主要需求。
展開 上海技物所陳效雙、陸衛團隊NPG Asia Materials: 操控石墨烯無序熱電子實現高靈敏太赫
【引言】
電磁頻譜中，太赫茲輻射是指頻率在0.1 THz到10 THz范圍的電磁波，恰好處于微波電子學與紅外光子學之間，由于其特殊的頻率范圍在天文、遙感、生物醫學等領域具有重要的應用前景。為實現太赫茲光子的高效能量轉換材料需要具備高吸收、高轉換的特點，而工作溫度、太赫茲光子低能特性限制了傳統光子能帶探測方法在未來便攜式太赫茲檢測系統、通訊系統的廣泛應用。純電子學的通過減小特征尺寸方法往太赫茲波段延伸面臨著彈道效應、量子隧穿等不利因素限制了器件的工作效率。單原子石墨烯材料所具備的高遷移率和零禁帶特性，為太赫茲器件集成在諸如可穿戴電子設備、柔性醫學設備的應用提供了天然條件。當太赫茲光子入射到石墨烯材料表面，石墨烯材料對太赫茲呈現出高吸收態，其表面電子呈現出相應的無序高動能態，而這一部分能量往往難以轉化成有用的信號被支撐襯底、電極等以熱的形式耗散，因此如何實現高效的器件設計實現太赫茲能量轉換至關重要。
【成果簡介】
近日，中國科學院上海技術物理研究所，紅外物理國家重點實驗室陸衛、陳效雙課題組成員王林副研究員、“百人計劃”陳剛研究員等人，利用石墨烯材料集成天線配對接觸電極結構，提出無序熱電子操控機理實現室溫下太赫茲波段的高靈敏探測，響應率可達200V/W以上。相關成果以“Towards sensitive terahertz detection via thermoelectric manipulation using graphene transistors” 為題發表在期刊《自然-亞洲材料》（NPG Asia Materials, IF~9.157）上。
展開 基于comsol的光電半導體分析，光激發半導體載流子 ￥3200
本文主要借助這個效應，研究光致半導體激發太赫茲的器件。
下圖是半導體在飛秒激光的照射下，產生了電子濃度的分布。
太赫茲( Terahert,THz)通常指頻率在100GHz~10THz(對應波長3m-30km)波段的電磁波,在微波和紅外光之間,它的長波段與亞毫米波重疊,短波段與遠紅外線重疊,處于電子學和光子學的交義領域。上世紀八十年代中期以前,由手缺乏有效的發射和探測太赫茲的方法,人們對于這一波段的電磁波認識很有限,以至于人們稱這波段為“太赫茲間隙( THZ Gap)”。近年來,隨著超快激光技術的發展,為實現穩定的太赫茲發射器提供了基礎,太赫茲發射技術取得了突破,太赫茲科學技術成為一個熱門研究新領域。
光電導太赫茲天線是一種最早出現的人工太赫茲發射器件又叫光電導開關。太赫茲光電導天線一般采用GaAs等半導體化合物晶體作為基底材料,以Au/Ni等金屬作為電極鍍在基底材料上,電極兩端加上一定的電壓形成偏置電場。
當用飛秒激光脈沖照射在太赫茲光電導天線的基底材料表面時,會使基底材料中的電子從價帶受輻射激發躍遷到導帶上,在半導體內產生自由移動的光生電子空穴對,光生電子空穴對在外加偏置電場的作用下形成瞬態電流,這種在皮秒和亞皮秒級變化的電流向外輻射出太赫茲波并經過基底背面的透鏡發射光電導天線的基本結構。
太赫茲光電導天線的仿真計算流程如下。
需要應用半導體模塊和波動光學模塊，下圖是模型計算出來的輻射強度隨時間變化，半導體生成了一個20太赫茲輻射。
模型文件在文中開頭，需要的可以下載，加密文件如需密碼可以私信我。謝謝。
展開 【科普系列】基于超材料的無標記光學生物傳感
圖3中紅外波段超材料生物傳感器
（a）同軸納米孔超材料；（b）雙諧振峰等離子體超材料；（c）石墨烯納米帶超材料及其（d）表面電場局域示意圖；（e）用于分子指紋成像檢測的介質基超表面
3 太赫茲波段超材料生物傳感器
太赫茲波位于紅外光和微波輻射之間，包含了大量與生物分子（蛋白質、DNA等）振動及轉動相關的光譜信息，在其發展之初即受到了廣大研究者的重視。且與其他光學技術（紫外線、X射線等）相比，它的非侵入性和非電離性允許太赫茲技術被用來檢測細胞和組織等更為復雜的結構生物材料，而不必擔心熱波動或其他非線性副作用的影響。然而，由于生物分子在太赫茲波段的吸收截面過小，與電磁波的相互作用較弱，使得光譜信號的變化微弱，給檢測帶來了很大難度。近年來，為了提高生物傳感器的檢測靈敏度，基于超材料生物傳感芯片的太赫茲檢測技術已相繼被開發。基于局域表面等離子體共振、法諾共振以及環偶極子共振的太赫茲超材料可以有效增加分子吸收截面，能夠用于碳水化合物、化學混合物、薄樣品層和微生物等試樣的高靈敏檢測（圖（4））。
展開 一文讀懂剛剛突破的6G新技術
彼時6G技術發展面臨的核心就是解決“太赫茲波”傳播的問題。
什么是太赫茲波？
太赫茲波，又稱太赫輻射，是6G通信網絡主要使用的通信波段，包含了頻率為0.3到3 THz的電磁波。此頻段屬遠紅外光，高于微波波段的頻率，對應的波長范圍從1mm到0.1mm（或100μm），所以也叫作“亞毫米波段”。
圖源 | 知乎
在2012年5月，日本東京工業大學的研究團隊使用T-射線的無線數據傳輸創下新的紀錄，并建議在未來以此做為數據傳輸的頻率。2022年1月，中國紫金山實驗室在太赫茲頻段的實驗室環境中首次實現了每秒206.25 Gbit/s數據速率的世界紀錄。同年2月，中國研究人員又使用渦旋毫米波（Vortex millimetre waves）實現了在1公里的距離內1秒傳輸1 TB的數據。
然而，我們曾在中學物理學到，波長越短的波，能量越高，但穿透力越弱（不易發生衍射）。太赫茲波擁有更高的能量密度和信息承載力，但相比5G和Wi-Fi中使用的微波（約2-30GHz）更難繞過障礙物，同理5G也比1G、2G、3G和4G中使用的波段更難繞障。更關鍵的一點是，太赫茲級別的頻率已經接近分子轉動能級的光譜，很容易被空氣中的水分子吸收掉，所以在空間中傳播距離遠小于5G電磁波，這就需要更多6G基站來維持通信。這時又面臨一個問題，基站越來越多，頻譜不夠用怎么辦？因此，應該如何利用有限的頻譜成為6G技術突破的關鍵。
但是，中國6G啪一下就突破了，很快啊！在太赫茲的發射與傳播難題上，中國團隊再次引領全世界技術進步。
軌道角動量是什么意思？
展開 面向6G的無人機通信綜述
此外，由于6G中采用超大規模天線陣列，即便采用太赫茲頻段將明顯減小單元尺寸，但天線陣列規模巨大，在設計中仍需將其體積納入考量范圍。
4.4 太赫茲相關技術及設備研發
太赫茲作為6G移動通信中備受關注的突破性技術之一，具有更寬的帶寬并可提供接近Tbit/s的傳輸速率。一方面由于其頻率較高波長較短，因此在波束賦形中具有更窄的主瓣寬度和更精確的傳輸方向以保證用戶信息安全。然而，無人機端受限于體積與續航能力，太赫茲波束的搜索與對準技術難以實現。另一方面，太赫茲頻率較高且易被分子吸收，因此太赫茲傳輸衰減增大，這也造成傳輸距離較短。此外，目前的半導體、金屬材料和光學元件還不能滿足太赫茲通信的性能，因此，未來還需要對適用于太赫茲頻段的材料進行大力研發。
4.5 用戶信息的安全性
由于無線通信具有廣播特性，用戶的信息暴露在空中引發了安全隱患。另外，無人機的運行范圍在空中，無論是空對地信道還是空對空信道都更接近視距信道，因而無人機通信更容易被竊聽者進行信道估計，進而對用戶的私密信息進行截獲與竊聽。6G移動通信中將采用太赫茲信道，雖然其信道模型尚未充分建立，但視距信道更具穩定性，因而信道特性更容易被竊聽者獲取，進而對用戶信息隱私造成威脅。此外，竊聽者還可能發射干擾噪聲來攻擊無人機的正常通信，如何克服主動干擾攻擊也是亟待解決的問題。
4.6 蜂群網絡沖突規避
無人機的高移動性使其受到廣泛關注，然而在大規模無人機蜂群網絡中，其移動性給蜂群系統的信道建模、飛行部署和軌跡優化等造成極大的挑戰。盡管空地無線信道可以近似為視距鏈路，然而由于蜂群網絡的復雜性以及無人機間的相互干擾，無人機信道仍存在極大的不確定性，這也會對空地信道建模造成影響，進而對6G移動通信網絡中各無人機的軌跡規劃造成干擾，影響無人機的編隊飛行，甚至產生沖突。
展開 智芯研報 | 6G：天地無疆，萬物無界
在6G無線網絡中，太赫茲通信典型的應用場景包括室內通信，無線數據中心，安全通信場景(譬如軍用網絡)。但太赫茲是否會成為6G的關鍵技術還存在疑問。根據當前技術的現狀，仍然需要進一步解決一些關鍵挑戰，包括：太赫茲固態、超外差發射、太赫茲調制器、太赫茲信道模型、太赫茲信道估計、太赫茲波束成形和波束跟蹤，以及太赫茲信號產生、檢測、成本、制造等。
作為全球互聯網的關鍵推動力，光纖網絡連接各大洲，構成現代通信骨干網，為大都市、城市、城鎮以及越來越多的家庭提供高速數據訪問。將光纖傳輸直接拓展至無線接口，實現最后一英里的連接和移動訪問似乎亦是發展的必然選擇。
鑒于此，無論工業界還是學術界，均對無線光通信技術的發展青睞有加，主要包括:
（1）自由空間光通信（FSO）；
（2）可見光通信（VLC）；
（3）光學相機通信（OCC）；
（4）光無線聯網，也稱為Li-Fi；
（5）光移動通信（OMC）
3. 全應用
隨著AI和機器學習領域的高速發展， 6G網絡與幾代網絡相比，其智能化程度必然再攀高峰。通過人工智呢的強大算力對網絡資源，譬如節點和設備能力，可用頻譜，計算能力，供能，通信信道等，的多參數目標性能優化，可對網絡性能在有限的能耗下得到更大的提升。
此外，在大量以人為中心的服務中，6G網絡的高智能化便體現的淋漓盡致。例如，深度學習可以大大提高室內定位的準確性，智能物聯網和多模式數據收集基礎設施可以實現個性化的醫療保健。服務智能化可以通過核心網絡中的集中智能和接入網絡中的分布式智能相結合的方式實現。
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光譜學 | RP 系列激光分析設計軟件
太赫茲光譜學
一個相對較新的領域是太赫茲光譜學[21]，其中使用太赫茲輻射（頻率為數百千兆赫到數太赫茲）代替光。盡管激光器不能直接發射太赫茲輻射，但它們可以以不同的波用于產生這種輻射，例如通過使用電光采樣或非線性頻率轉換技術。此外，超短脈沖激光器可用于時間分辨 檢測太赫茲波。由于許多光學不透明材料對太赫茲輻射具有相當大的透明度，因此太赫茲光譜可用于廣泛的科學和技術研究。例如，它現在用于飛機零件的故障定位和安全檢查。
光頻梳
現代激光光譜學的一些技術采用鎖模激光器產生的頻率梳[15]。由于這樣的頻率梳在頻譜中包含一定數量的完全等距的線，因此如果僅固定兩個參數（可能通過某些反饋技術來穩定），則其所有頻率分量都是已知的（除了一些噪聲）：梳間距，即與脈沖重復率和載波包絡偏移頻率有關。因此，如果頻率梳具有高光學帶寬，則可以在寬波長范圍內進行極其精確的頻率測量（有時超過八度音程）并且具有適當的頻率穩定性。在頻率計量（特別是超精密光學時鐘）和其他領域有各種重要的應用。
高時間分辨率的時間分辨光譜學
光譜學還可能涉及具有極高時間分辨率的時間分辨測量。在泵浦-探測光譜中，使用超短泵浦脈沖，然后使用具有幾飛秒到幾納秒之間可變時間延遲的探測脈沖。泵浦脈沖對樣品的影響以及對探測脈沖的影響可以作為時間延遲的函數來測量，該時間延遲通常通過可變光學延遲線簡單地調整。另一種方法是使用兩個鎖模激光器，不同的脈沖重復率，使得一定范圍的時間延遲被連續掃描。
展開 5G未至，現在準備6G為時尚早？
在項立剛看來，6G網絡很有可能從毫米波頻段擴展到太赫茲波頻段。太赫茲波是指頻率介于0.1THz到10THz之間的電磁波，其波長范圍為0.03毫米到3毫米，在頻譜中的位置處于微波和紅外輻射之間。將太赫茲波引入6G網絡，在項立剛看來，這意味著今后6G的峰值速度將會達到100Gbps，單信道帶寬也會達到1GHz。
但不同于以往通訊行業常用的低頻無線電波，太赫茲波的穿透能力極弱。“低頻無線電波可以穿透一般的障礙物，比如門、墻，但是太赫茲波做不到。當有人從你身邊經過時，你的通訊信號可能會因此中斷。甚至你用一張紙，都可能擋住它。”不過萬屹同時表示，“事物都有兩面性，在某些地方它是缺點，在另一些地方它可能就成為優點。如何利用太赫茲波的這項特性，仍待進一步的研究。”
在項立剛看來，6G網絡還會是一個全新組織的智能化網絡，能對不同用戶和不同業務進行智能化分類管理。“現在的網絡管理還比較單一，它主要是保證網絡運行的穩定，智能化的管理則將會把網絡‘切’成不同的‘片’，并將其分配給不同類型的用戶。”項立剛說。
對于“切片”管理，項立剛進一步舉例解釋道，在同一條街道上，智能交通體系通訊網絡的質量關系到行人和乘客的生命安全，因此應為其單獨辟出一部分網絡資源，以避免受到干擾。而更多的乘客和行人的上網需求，則由另一部分網絡提供。相較于前者，這部分網絡對信號穩定性的要求可以略低一點。
“針對不同時段、不同用戶類型和不同業務，智能化管理系統會采取多樣化的計費方式。比如在智能交通場景下，因為對網絡品質的要求較高，因此對它收取的流量費也會相對高一些。”項立剛補充道。
研發先于應用，現在籌備6G很正常
研制6G的消息一經傳出，就遭到許多網友的質疑：5G還未鋪開就來談6G，是否為時尚早?萬屹對此回應稱：“搞科研一般都要超前于市場應用。有一句話叫‘使用一代、研究一代、儲備一代’。
展開 Nano Letters. 三維石墨烯光電傳感器重要進展！
該論文利用自卷曲方法制造了一種微管式三維石墨烯場效應管（3D GFET），可用作光電傳感器，實現對紫外光、可見光、中紅外光、太赫茲波的超高靈敏度、超快探測。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.8b04099
光電傳感器是光通信、成像、傳感等許多領域的核心元件。石墨烯具有獨特的零帶隙結構、超快的載流子遷移率等優點，是制造高性能光電傳感器的理想材料。傳統的石墨烯光電傳感器多采用平面二維（2D）GFET結構，具有超寬的帶寬和超快的響應速度。但是，由于單層石墨烯對光的吸收率只有2.3%，導致2DGFET光電傳感器的響應度很低（~6.3 mA/W）。雖然將石墨烯與光敏物質相結合可以大幅度提高光電傳感器的響應度，但是帶寬和響應速度會嚴重受損。
基于三維石墨烯場效應管的高性能光電傳感器示意圖
該研究提出了一種利用氮化硅應力層驅動2D GFET自卷曲為微管式3D GFET結構的方法，首次制造出了卷曲層數（1-5）和半徑（30μm-65 μm）精確可控的3D GFET器件陣列。這種3D GFET可用作光電傳感器，工作波長范圍從紫外光（325nm）區域一直延伸至太赫茲（119μm）區域，為已經報道的基于石墨烯材料的光電傳感器帶寬之最。
同時，這種3DGFET兼具超高的響應度和超快的響應速度，在紫外光至可見光區域的響應度可達1 A/W以上，在太赫茲區域的響應度高達0.23 A/W，響應時間快至265 ns（納秒）。該研究所提出的制造方法不僅為3D石墨烯光電器件與系統的實現鋪平了道路，還可以推廣至二硫化鉬、黑磷等其他類石墨烯2D晶體材料。審稿人高度評價該研究成果，認為該研究對整個二維材料研究領域具有重要意義。
展開 基于連續域束縛態（BIC）的生物傳感器仿真復現
為了涵蓋太赫茲傳感研究中使用的生物醫學材料，我們調節分析物的介電常數對光譜進行分析，如圖7所示，來比較準BIC模式和本征模式的傳感性能。折射率生物傳感器的靈敏度S定義為Δf/Δn，其中Δf是將分析物置于超表面上時的共振頻率偏移，Δn 表示模擬分析物的折射率。準BIC模式的電磁能量集中在諧振器的邊緣，而本征模式的電磁能量位于諧振器中間的連接處（圖6）。從圖中可以計算得出，本征峰的靈敏度317 GHz/RIU，準BIC峰的靈敏度為523 GHz/RIU，這進一步說明了準BIC共振相對于本征共振具有更出色的傳感能力。
圖7 本征峰與準BIC峰的仿真模擬結果
太赫茲超表面生物傳感技術因其獨特的優勢使其在下一代高靈敏、快速、無損生物分子檢測技術中占據核心地位，正處于一個充滿活力的快速發展期。未來，隨著跨學科合作的深入和技術壁壘的不斷突破，該技術不僅將深刻變革生物醫學檢測的面貌，更將在精準醫療、生命科學研究和公共健康安全等領域發揮不可替代的關鍵作用，開啟生物分子檢測的新時代。
最后，有相關需求，歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡
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