För att möjliggöra dataöverföringshastigheter som överstiger 5:e generationens (5G) standarder för telekommunikation, forskare från Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) och Osaka University i Japan har byggt ett nytt chip med ett koncept som kallas fotoniska topologiska isolatorer.

Publicerad nyligen i Nature Photonics , forskarna visade att deras chip kan överföra terahertz (THz) vågor vilket resulterar i en datahastighet på 11 Gigabit per sekund (Gbit/s), som kan stödja realtidsströmning av 4K HD-video, och överskrider den hittills teoretiska gränsen på 10 Gbit/s för trådlös 5G -kommunikation.

THz -vågor är en del av det elektromagnetiska spektrumet, mellan infraröda ljusvågor och mikrovågor, och har utsetts som nästa gräns för höghastighets trådlös kommunikation.

Dock, grundläggande utmaningar måste hanteras innan THz -vågor kan användas på ett tillförlitligt sätt inom telekommunikation. Två av de största problemen är materialfel och överföringsfel i konventionella vågledare som kristaller eller ihåliga kablar.

Dessa problem löstes med hjälp av fotoniska topologiska isolatorer (PTI), som gör att ljusvågor kan ledas på isolatorns yta och kanter, besläktat med ett tåg som följer järnvägar, snarare än genom materialet.

När ljuset färdas längs fotoniska topologiska isolatorer, den kan omdirigeras runt skarpa hörn och dess flöde motstår att störas av materialfel.

Genom att designa ett litet kiselchip med rader med triangulära hål, med små trianglar som pekar i motsatt riktning mot större trianglar, ljusvågor blir 'topologiskt skyddade'.

Detta helkiselchip visade att det kunde överföra signaler felfria medan det dirigerade THz-vågor runt 10 skarpa hörn med en hastighet av 11 gigabit per sekund, kringgå eventuella materialfel som kan ha införts i kiseltillverkningsprocessen.

Projektledare, NTU Assoc Prof Ranjan Singh, sa att detta var första gången som PTI har realiserats i terahertz spektralregionen, vilket bevisar det tidigare teoretiska konceptet, möjligt i verkliga livet.

Deras upptäckt kan bana väg för fler PTI THz -sammankopplingar - strukturer som ansluter olika komponenter i en krets - att integreras i trådlösa kommunikationsenheter, för att ge nästa generations 6G-kommunikation en oöverträffad terabyte per sekund-hastighet (10 till 100 gånger snabbare än 5G) i framtiden.

"Med den fjärde industriella revolutionen och det snabba införandet av Internet-of-Things (IoT) -utrustning, inklusive smarta enheter, fjärrkameror och sensorer, IoT -utrustning måste hantera stora datamängder trådlöst, och förlitar sig på kommunikationsnätverk för att leverera ultrahöga hastigheter och låg latens, "förklarar Assoc Prof Singh.

"Genom att använda THz -teknik, det kan potentiellt öka kommunikationen mellan chip och mellan chip för att stödja artificiell intelligens och molnbaserad teknik, såsom sammankopplade självkörande bilar, som måste överföra data snabbt till andra närliggande bilar och infrastruktur för att navigera bättre och också för att undvika olyckor. "

Detta projekt tog NTU -teamet och deras medarbetare under ledning av professor Masayki Fujita vid Osaka University två års design, tillverkning, och testning.

Prof Singh tror att genom att designa och producera en miniatyriserad plattform med nuvarande kiseltillverkningsprocesser, deras nya höghastighets THz-sammankopplingschip kommer lätt att integreras i elektroniska och fotoniska kretsdesigner och kommer att hjälpa den utbredda antagandet av THz i framtiden.

Områden med potentiell tillämpning för THz -sammankopplingsteknik kommer att inkludera datacenter, IOT -enheter, massiva flerkärniga processorer (datorchips) och långdistanskommunikation, inklusive telekommunikation och trådlös kommunikation som Wi-Fi.