剑桥大学发布太赫兹辐射调控新方法，为多领域高端技术突破奠定基础

    2025年9月1日，英国剑桥讯——剑桥大学卡文迪许实验室研究团队正式公布一种可在太赫兹（THz，Terahertz）频段实现辐射调控的技术方法。该研究成果或为通信、成像及传感领域的高端技术研发开辟新路径，同时标志着人类在开发太赫兹频段实用化设备的进程中取得重大突破。
    太赫兹波因波长较无线电波缩短数千倍，其操控难度显著高于传统电磁波。而在通信领域，太赫兹波的精准调控具有关键意义——唯有将数据信号编码至太赫兹波载体，方可实现有效信息传输。为解决这一核心难题，研究团队创新提出基于纳米级工程设计的谐振器方案：通过在电容器两侧制备突出的石墨烯片（片体高度仅0.6微米），成功构建出纳米尺度的可调谐电容器。

图片来源：剑桥大学

    剑桥大学卡文迪许实验室研究员弗拉迪斯拉夫·米哈伊洛夫（VladislavMikhailov）作为本项研究的负责人，以通俗类比阐释技术原理：“试想您如何收听老式模拟收音机——其接收的无线电波波长远大于太赫兹波，您通过转动旋钮调节设备内部的电容器，即可锁定目标电台频率。这种‘调谐’理念在各类电子设备中广泛应用，但由于太赫兹波长极小，传统调谐方案完全失效，我们必须构建全新技术概念以实现太赫兹频段的精准调谐。”
    电容器的核心功能是存储与释放电能，通过参数调整改变其储电能力，可实现检测器、调制器等设备的频段调谐。通常而言，电磁波波长越小，所需电容器的尺寸也需相应缩小；但太赫兹频段对器件尺度的要求，已远超传统制造方法的极限。
    此前，研究界曾尝试利用超材料开发太赫兹调制器：通过在超材料中嵌入石墨烯等二维导电材料，调控材料的光学响应以实现调制功能。传统方案中，石墨烯多被用作“可变电阻器”——谐振器内部的纳米级间隙与石墨烯形成短接，导致谐振效应减弱，进而改变辐射传输强度。“但这种方案效率极低，本质上只是造成共振‘崩溃’，而非主动调控。”米哈伊洛夫指出，“我们的创新点在于：摒弃‘抑制共振’的思路，改用石墨烯制备超薄可调谐电容器。这使得我们能够按需求‘移动’共振频率——如同在长笛上精准演奏不同旋律，实现对太赫兹波的主动调控。”
    具体而言，剑桥大学卡文迪许实验室团队在超材料结构阵列的每个微型谐振器内部，均集成了石墨烯制备的超小型贴片。这些贴片宽度不足1微米，可作为纳米尺度的可调谐电容器发挥作用；同时，团队还对设备结构进行优化，将其背面设计为信号反射结构，进一步提升器件性能。
    “通过这一设计，我们实现了超过四个数量级的调制深度。”剑桥大学卡文迪许实验室博士研究生夏若桥（音译）表示，其在攻读博士学位期间负责该类设备的搭建与测试工作，“这一数据已是目前太赫兹频段调制深度的最高纪录之一。”
    更值得关注的是，该设备同时具备高响应速度——在太赫兹调制领域，“大调制深度”与“高响应速度”往往难以兼顾：传统方案中，实现大调制深度常伴随较低响应速度，而追求高速度则需牺牲调制深度。此次研发的新型设备，在30MHz的响应速度下，仍实现了超过99.99%的强度调制深度，突破了行业技术瓶颈。
    “我们的设备性能显著优于现有多种同类调制器技术；且依托超材料的设计灵活性，我们可对器件结构进行调整，使其适用于整个太赫兹频段。”夏若桥补充道。
    除当前性能突破外，研究团队认为该设计理念或将对未来多领域技术发展产生深远影响。“对于任何依赖谐振器的超材料器件，通过改变其纳米级间隙的设计，均可显著调控其光学响应，进而提升调制效率。”米哈伊洛夫强调，“我们此次提出的技术路径，可广泛应用于其他类型的超材料基调制器研发。”
    目前，太赫兹技术虽仍处于发展初期，但其应用潜力正快速释放。剑桥大学卡文迪许实验室半导体物理研究组负责人大卫·里奇（DavidRitchie）指出：“太赫兹波在材料光谱分析、安全检测、制药研发、医疗诊断及太赫兹通信等领域均有广阔应用前景。我们当前开展的‘Teracom’项目，重点关注未来通信系统的技术研发；此次公布的研究成果，将成为推动下一代通信系统发展的关键一步，助力人类突破5G与6G技术局限，迈向更高阶的通信时代。”