第六代移动通信网络（6G）有望借助太赫兹频段实现每秒太比特级的传输速率。然而，要利用太赫兹频谱，通常需要复杂的器件设计来建立多条高速连接。如今有研究表明，先进的拓扑材料或能最终实现这类高速连接。研究人员研制的这款实验性器件，实际已实现每秒 72 吉比特的传输速率，信号覆盖范围可达其周边三维空间的 75% 以上。

美国印第安纳州南本德市圣母大学电气工程学教授 Ranjan Singh 表示：“这款器件能实现超高数据传输速率，无需移动部件即可实现广域覆盖，支持多链路同时连接与双向通信，同时还能将信号损耗控制在较低水平。而目前的解决方案通常一次只能实现其中一两项特性，且往往依赖复杂的天线阵列或机械波束调向技术。”

拓扑学作为研究物体在形变过程中保持某些固有属性的数学分支，其原理揭示，光线可在特殊结构的材料中沿受保护的路径传播，且不易发生散射和受缺陷影响。在这款太赫兹天线中，研究人员对拓扑保护机制进行了工程化设计，使信号能以可控的三维模式向外辐射。

漏波天线的工作原理

在这项新研究中，研究人员并未完全抑制信号泄漏，而是对芯片进行了特殊设计，让芯片内部传播的部分太赫兹辐射得以向外泄漏。这款 “漏波天线” 的拓扑设计确保了信号能无显著损耗、无畸变地顺畅传播，有效提升了带宽与数据传输速率。

同时，光线在微芯片内部的传播特性决定了，其泄漏时会以锥形向外辐射，既能实现水平覆盖，也能完成垂直覆盖，使天线的信号覆盖范围达到周边三维空间的 75%。

Ranjan Singh 指出：“此前多数太赫兹系统只能通过增加设计复杂度、采用大型天线阵列、机械波束调向或高度定制化元器件来实现相关功能。而本研究的创新之处在于，无需提升系统复杂度，就能同时实现广域覆盖、高速传输与多链路连接能力。”

这款硅基芯片上布满了成排的三角形孔洞，部分孔洞宽度为 264 微米，其余则为 99 微米。根据这些大小三角形孔洞的排列方式，太赫兹辐射可选择在芯片内部传播，或向外泄漏。

与此前最先进的非拓扑太赫兹天线相比，这款新型器件的三维空间覆盖范围提升了 30 倍，数据传输速率更是提高了约 275 倍。

Ranjan Singh 表示：“广阔的空间覆盖范围让无线连接更具灵活性和稳定性，即便设备发生移动或对接精度不足，也能保障通信质量。”

此外，这款新型微芯片可同时充当接收器和发射器，使信号能沿同一路径双向顺畅传播，且互不干扰。

Ranjan Singh 称：“此前的技术理论上也能实现类似的双向通信，但需要极为复杂的设计和严格控制的实验环境。这种高复杂度让其在实际场景中的演示验证变得极具挑战性。而我们通过简化底层设计，让双向、多链路通信不仅在理论上可行，更能在实际中落地。”

从实验室走向实际应用

实验数据显示，这款天线的辐射效率高达 90% 至 100%—— 这意味着，芯片内传播的几乎所有太赫兹信号，都会以精准可控的模式向外泄漏。如此高的效率转化为了实际应用能力：该系统可同时传输无压缩高清视频，同时还能维持一条速率为 24 吉比特 / 秒的高速无线数据链路。

Ranjan Singh 设想，短期内基于该技术的太赫兹无线网络（TeraFi），能为家庭、办公场所和数据中心提供远超当前标准的传输速率。他表示：“该技术的信号可同时向多个方向传播，这一特性使其‘非常适用于需要同时建立多条稳定连接的场景，包括汽车、工厂和机器人平台’。”

展望未来，Ranjan Singh 认为传感领域将成为太赫兹技术的重要新应用方向。“该技术还能实现太赫兹传感与成像，包括太赫兹探测与测距技术（TeDAR）—— 这是一种高分辨率传感手段，能精准探测目标物体、距离和形状。这为自动驾驶系统、智能基础设施和工业监测领域开辟了潜在应用场景，这些领域均对高速通信和精准传感有着双重高要求。”

不过，长期以来，太赫兹技术始终难以从实验室走向实际应用。Ranjan Singh 表示：“我们的技术路线有所不同。我们将波束控制能力直接集成到了芯片结构中，而非依赖易受影响的外部元器件。这让系统本身具备了高稳定性和可扩展性 —— 它不再只是实验室里的研究成果，更成为了太赫兹技术落地应用的可行路径。”

接下来，研究团队计划将天线、信号源、探测器和信号处理模块集成到单颗芯片上，打造完整的太赫兹系统。Ranjan Singh 还表示，团队还将对多器件协同工作的网络展开测试。