近期，電子科學與工程學院楊梓強教授與張雅鑫教授所帶領的太赫茲調控及通信技術團隊攜手東南大學崔鐵軍院士團隊，在太赫茲超構芯片（meta-chip）與器件研究方面取得重要突破，研究成果已在太赫茲通信領域實現了應用。該團隊運用超構芯片（meta-chip）的新概念，將微結構與電路相互融合，通過場路結合設計方式研制出高性能太赫茲射頻芯片、器件和系統，實現了太赫茲高速邏輯調制和運算一體化、時間編碼太赫茲高速通信、透射式高精度大掃描范圍的太赫茲智能感知與通信等功能，為未來6G太赫茲通信系統關鍵技術的發展提供了相關新思路和方法。相關成果分別以“Dynamically logical modulation for THz wave within a dual gate–controlled 2DEG metasurface “和“High-order direct modulation terahertz communications with a wideband time-coding metachip modulator“為題，連續發表在國際頂尖期刊Science子刊Science Advances上；以“Sub-terahertz transmissive reconfigurable intelligent surface for integrated beam steering and self-OOK-modulation“為題，發表在Nature子刊Light: Science & Applications上。

同時，該團隊2024年還在Photonics Research雜志發表多篇論文，其中“ Ultrafast Modulable 2DEG Huygens’ Metasurface“被選為“Spotlight on Optics”論文；以及在Optics Letters雜志發表關于單載波400Gbps的論文、在IEEE Communication magazine雜志上發表多維串擾抑制的83.2Gbps太赫茲實時通信等系列論文，團隊還指導本科生以“太赫茲機載應急通信”為題獲得2024年中國國際大學生創新大賽金獎等。

成果1：基于雙柵控二維電子氣的高速邏輯調制動態超表面（Dynamically logical modulation for THz wave within a dual gate–controlled 2DEG metasurface）

研制出了基于二維電子氣的雙柵控高速邏輯調制超表面，該動態超表面器件通過獨立調控雙電子通道中的電子分布，可以實現二維電子對稱和非對稱分布狀態的自由轉換，基于這種轉換機制構建了多種諧振模式間的耦合關系，并由此產生了多種輸入信號與輸出信號之間的多值對應關系，最終實現了太赫茲波段高速邏輯運算和調制的一體化功能。研究結果表明，該器件在0.27-0.34THz工作頻段完成了AND、OR、XOR、XNOR、NOR和NAND的多種邏輯運算調制功能，調制速度高達250皮秒。該項成果為太赫茲波的高速調制和自由空間邏輯運算一體化器件的發展提供了一條重要途徑，有望進一步提高太赫茲通信的安全性。

成果2：基于寬帶時間編碼超構調制芯片的高階直調太赫茲通信架構（High-order direct modulation terahertz communications with a wideband time-coding metachip modulator）

利用超構芯片的電磁諧振特性與時間編碼調制相融合的方法，通過控制施加到GaAs二極管上的電壓脈沖時序，調控電磁諧振的模式和強度，從而對在片上傳輸中的太赫茲波幅度變化的占空比和時延進行時間編碼調控，通過時間編碼構造直接調制架構中時間量和太赫茲波的幅度、相位變化對應關系，在此基礎上，成功構建了基于高階直接調制的太赫茲通信系統。該系統架構簡單、復雜度低，且突破了太赫茲直接調制系統調制格式單一的束縛，可支持包括QPSK、16PSK和16QAM等在內的多種調制格式。實驗結果表明，在0.34THz載波頻率下，具有5 Gbps傳輸速率及實時業務傳輸能力。這一研究為低功耗、集成化的太赫茲無線通信系統發展提供了新途徑。

成果3：集成波束調控與OOK調制一體的太赫茲透射式智能超表面（Sub-terahertz transmissive reconfigurable intelligent surface for integrated beam steering and self-OOK-modulation）

針對太赫茲感通一體系統對同時具有調制、波束掃描和數字編碼等多功能太赫茲器件的需求，提出了運用PB相位調控和編碼式多路柵控二維電子氣人工微結構陣列結合的方式，研制出一種新型的波束賦形與信息調制一體化的太赫茲透射式可編程智能超表面器件。該器件通過高速調制偏壓，調控表面電流反轉的同時周期性調制電流大小，從而實現電控PB相位微結構的幅相共調。基于該器件搭建了亞太赫茲自調制傳輸跟瞄系統，實現了2.8dB低損耗、±60°大范圍波束調控和100MHz調制速率的OOK幅度調制，實驗驗證了THz信息調制傳輸與波束跟瞄一體化的可行性。該研究為太赫茲通感一體化（JSAC）系統、太赫茲共生通信系統等提供了有效新途徑。