JNCASR科学家让太赫兹波穿过硅芯片上一道人为设计的势垒，损耗仅1%至3%，数据传输速率最高达100 Gbit/s，向6G电路迈出一步

班加罗尔贾瓦哈拉尔·尼赫鲁先进科学研究中心（JNCASR）的研究人员造出了一块硅芯片，太赫兹波越过其中一道刻意设置的势垒时，损耗约为1%至2%。再串联第二道势垒，损耗约为2%至3%。三个测试器件中，有一个在一支分路上设有势垒的功率分路器，芯片以每秒100吉比特的速率传输了数据。JNCASR是科学技术部（DST）下属的自治研究所，该部于2026年11月4日通过新闻信息局（PIB）公布了这一成果。研究发表在《Advanced Materials》期刊上。

这块芯片做了什么

在频谱上，太赫兹波介于微波和红外光之间。PIB的新闻稿说，未来的第六代（6G）无线网络预计会使用这些频率，因为它们带宽很宽。难点在于让这样的波在紧凑的电路里绕行：波导（引导波传播的通道）中的拐弯、分叉和突变，都会使一部分信号散射或反射。

JNCASR自己为该课题组写的研究页面讲的是同一个问题，把尖锐拐角或缺陷处的反射和散射损耗列为片上太赫兹器件的障碍。课题组的办法是拓扑光子学，这是光学的一个分支，沿着两个构造不同的区域之间的边界传播的波，能抵抗某些类型的背向散射。

三角形孔洞，和一道由几何形状构成的势垒

研究团队在一片硅板上刻出三角形孔洞，排列方式模仿石墨烯的蜂窝状晶格。两个孔洞尺寸略有不同的区域沿一条边界相接，太赫兹波就沿这条边界传播。随后，研究人员在波导的一小段上改变孔洞的大小，做出了势垒。

PIB的新闻稿说，在没有拓扑特性的普通波导里，同样的势垒会使透射率明显下降。在JNCASR的芯片上，只要势垒强度低于晶体的某个特征耦合强度，透射率就接近无势垒时的水平。由于势垒完全由孔洞的几何形状决定，新闻稿称这是一条实用的设计规则。

新闻稿在一幅图的说明里点出了背后的效应，叫光子克莱因隧穿。物理学家所说的克莱因佯谬，是相对论性粒子可以完全穿过很高的势垒；2022年《Physical Review Letters》的一篇论文称它是石墨烯具有出色导电性质的原因。2017年的一篇预印本已经描述过光在光子拓扑绝缘体中的单向克莱因隧穿，而那篇《Physical Review Letters》论文报告的是二维光子体系中的完美克莱因透射，用的是原子蒸气，不是芯片。

三个器件，三种数据速率

三个器件都做在高电阻率硅上，新闻稿称这种硅与成熟的半导体制造工艺兼容。在310至360 GHz范围内的测量与模拟结果高度吻合。据新闻稿，三个器件的结果是：

• 两道势垒串联：高速数据测试中为48 Gbit/s。
• 带四个急转弯和一道中央势垒的欧米伽形路径：60 Gbit/s。
• 两条分支中的一支设有势垒的功率分路器：100 Gbit/s，采用QAM-32调制，这是一种把信息编码在信号幅度和相位里的方案。

在分路器里，两路输出信号几乎一样，新闻稿据此认为势垒对透射影响很小。新闻稿还说，以100 Gbit/s的速率，一部5吉字节的高清电影原则上不到半秒就能传完。

背后的实验室

这项研究由JNCASR助理教授阿比舍克·库马尔（Abhishek Kumar）博士领导，他在那里主持超构光学实验室（Meta Optics Laboratory）。JNCASR的萨米纳·穆拉（Samina Mulla）和桑格拉姆·库马尔·萨杜（Sangram Kumar Sadhu）是并列第一作者。新闻稿点名的合作者来自加尔各答印度科学教育与研究学院（IISER Kolkata）、孟买印度理工学院、新加坡科技研究局微电子研究所，以及法国里尔大学和法国国家科学研究中心（CNRS），另有JNCASR的其他研究人员。

库马尔在JNCASR的个人简介里说，他2016年在IISER Kolkata完成本硕连读，2020年在新加坡南洋理工大学获物理与应用物理博士学位，随后在新加坡颠覆性光子技术中心做博士后，研究面向6G器件的硅基拓扑太赫兹光子学。他于2023年8月加入JNCASR。

这块新芯片延续了一条硅基太赫兹研究的脉络。2019年，杨一豪（Yihao Yang）和七位合作者发表预印本，其中包括兰詹·辛格（Ranjan Singh），报告了全硅芯片上的谷极化拓扑输运，信号穿过十个急转弯仍完全透射，并在一个扭曲的畴壁上实现了10 Gbit/s的无误码通信。2022年，库马尔是《Nature Communications》一篇论文的第一作者，该文报告了单通道160 Gbit/s的链路和一个硅解复用器，分离出40 Gbit/s的信号，并实时传输了未压缩的高清视频。那篇论文的合作方里尔大学PhLAM实验室指出，Web of Science把它列为热点论文，被引次数位于物理学论文的前0.1%。库马尔还是2024年《Nature Communications》一篇关于拓扑波导中慢光的论文的第一作者。

6G走到了哪一步，团队下一步打算做什么

国际电信联盟把下一代移动通信称为IMT-2030。其无线电通信研究组在2024年5月发布了一份关于100 GHz以上频段移动技术可行性的报告；截至2026年11月6日，其页面说，候选无线电技术的提案将在2027年2月至2029年2月期间接收。JNCASR在310至360 GHz的测量，落在ITU报告所涉的100 GHz以上范围内。ITU还表示，它的最低要求并不代表实际部署中有保证的性能。

JNCASR的成果是芯片上电路元件的实验室演示，不是网络。印度自己的6G工作，包括Bharat 6G联盟在2026年10月印度移动大会上办的研讨会，涉及的是网络和标准。这块芯片处在这项努力的元件一端；新闻稿提到硅适合成熟的芯片制造，这一点与印度半导体晶圆厂竞赛一文所述的工厂相连。新闻稿没有说明所测得的损耗和数据速率是否已在别处复现。

据新闻稿，团队的下一步是以电、热或机械方式调节势垒，这有望让一个器件按需在不同路径之间转向信号。新闻稿引述库马尔的话说，仅靠改变孔洞几何形状做成的势垒，在每秒100吉比特的速率下也能越过，这表明该效应可以成为太赫兹芯片的一种有用设计工具。