突破性进展：6G技术

顶级期刊Nano Letters日前刊发论文《通过快速逆设计实现太赫兹纳米谐振器场增强超过30000倍》，由UNIST物理系Hyong-Ryeol Park教授领导的一个研究小组推出了一项突破性技术，能够将太赫兹（THz）电磁波放大30000倍以上。论文作者认为这一突破与基于物理模型的人工智能相结合，必将彻底改变6G通信频率的商业化。

研究团队与田纳西大学的Joon Sue Lee教授和橡树岭国家实验室的Mina Yoon教授合作，利用先进的优化技术，成功优化了专门用于6G通信的太赫兹纳米谐振器。通过集成基于物理理论模型的人工智能学习，该团队实现了在个人计算机上高效设计太赫兹纳米谐振器，这一过程以前即使使用超级计算机也是耗时且要求较高的。

通过一系列太赫兹电磁波传输实验，该团队评估了新开发的纳米谐振器的效率。论文作者称，结果令人震惊，太赫兹纳米谐振器产生的电场超过一般电磁波3万多倍。与之前报道的太赫兹纳米谐振器相比，其实现效率提高了300%以上。

图1  使用基于模态展开的解析解的逆向设计方法的完整方案

传统上，基于人工智能的逆向设计技术侧重于设计可见光或红外区域内的光学器件结构，这些区域仅是波长的一小部分。然而，Hyong-Ryeol Park教授解释说，将该技术应用于6G通信频率范围（0.075-0.3 THz）带来了重大挑战。

为了克服这些挑战，该研究团队设计了一种创新方法，将新型太赫兹纳米谐振器与基于物理理论模型的人工智能逆向设计方法相结合。这种突破性的方法可以在不到40小时的时间内完成设备的优化（即使在个人计算机上也是如此），而以前单次模拟需要数十个小时，或者单次设备优化可能需要数百年。

图2  在0.14 THz时，最佳结构（黑线）具有以下参数：ax = 10μm、ay = 200μm、lx = 215μm、ly = 625μm、h = 30 nm和w = 2 nm。 一个特定参数会改变场增强(|Egap/Einc|)光谱，而其他参数保持不变。

该论文的第一作者、UNIST物理系研究员Young-Taek Lee强调了优化纳米谐振器的多功能性，并阐述了其对超精密探测器、超小分子探测传感器和测辐射热计研究的影响。他进一步补充说：“这项研究中采用的方法不仅限于特定的纳米结构，而是可以扩展到使用不同波长或结构的物理理论模型的各种研究。”

Hyong-Ryeol Park教授强调了结合人工智能技术来理解物理现象的重要性，他表示“虽然人工智能似乎可以解决所有问题，但理解物理现象仍然至关重要。”

图3 （a 和 b）最佳太赫兹纳米间隙环阵列的显微镜图像；（c）纳米间隙区域的透射电子显微镜（TEM）图像。