华人团队设计出可控制“毫米波”的晶体,为巨大通信带宽提高潜力

DeepTech深科技

发布时间:12-2119:51DeepTech深科技官方百家号
“如何将高速数据传输速率进一步提高”,或许是通信领域中所有人都在思考的技术问题。对于这个紧迫问题,业内的研究人员对实现路径存在着各自的看法和不同的意见。

不过,使用更高频率的电磁波以更快的速率来传输,已经是目前无可避免的趋势。从 1G、2G、3G,到如今被广泛应用的 4G 网络发展过程可以看出,人们使用的电波频率越来越高。而随着 5G 成为了今年的年度热词,已经有部分地区正在建设高频电磁波的 “未来化” 通信系统。

随着不断增长的带宽需求,未来的无线通信系统无可避免地被推向了 100 GHz 至 1 THz 的区域,这已经到达 “极高频” 的区间,美国在今年年初决定开放 “太赫兹波” 频率段(95 GHz ~ 3 THz),提供给 6G 的相关实验使用,在 5G 方兴未艾之时率先布局。

这刺激了研究人员对新信号源、调制器、谐振器、移相器,以及滤波器等互补设备的需求。但目前很少有满足该频段需求的装置;同时,毫米波的电磁特性通常是固定的,并且具有 “宽” 的共振特征。而最近来自美国伊利诺伊大学香槟分校的研究人员将等离子、金属和介电材料组合成了一种多功能的人造晶体,或可为更高带宽的无线通信铺平道路。

这项研究横跨伊利诺伊大学香槟分校的电子计算机与工程、光学物理与工程,以及材料科学与工程系等专业,文章发表在近期的 Applied Physics Reviews 杂志上。三名并列第一作者都是该校的华人学者——孙鹏、张润宇和陈闻远。DeepTech 与第一作者之一、该校电子计算机与工程系博士后研究员孙鹏就该研究进行了交流。

图 | 动态等离子体 / 金属 / 介电晶体能够过滤 100~300 GHz 范围内的电磁信号,并在任何给定的时间传送所需的频率;白光照射在晶体上象征着被晶体过滤的宽带毫米波信号,其只允许窄带辐射(以红色、绿色或蓝色的光束形式)穿过晶体(来源:孙鹏 / 伊利诺伊大学香槟分校)

孙鹏向 DeepTech 解释道:“这项技术的格外特殊之处,在于它能在多频率下同时产生多个通讯频道。换句话说,它能允许多个通话同一时间在同一网络下存在。而这一点也是未来高速通讯发展的核心。 ”

此前,过于高频的波段一度被认为是没有使用价值的,因为实在缺乏能够发送或者接收毫米波的电子元件或设备。但这项研究或许将为通信设备提供巨大的带宽潜力,而研究的关键就是 “动态等离子体” 与金属和介电材料的设计。

等离子体(plasma)对于功能和频率之间的快速切换至关重要,但是过往基于等离子体的电磁晶体都太大了,无法在高频下工作。所以,孙鹏和他的同事们发现,突破的关键在于去创建一种可以让等离子和金属柱之间的间距小到操纵辐射波长的结构。

“等离子体是除了固态、气态和液态之外,物质的第四种状态。我们这项研究的创新点在于,通过等离子体来设计并实现三维动态 (空间和时间)可调控的活性功能化材料。这个成果是多领域交叉研究的精妙呈现。”孙鹏说道。

图 | 具有木桩结构的三维等离子体光子晶体(PPCs)结构图像(来源:孙鹏)

从体积角度来看,电磁波的波长随着频率和带宽的增加而缩短。他们为了实现工作在 100 GHz 以上频率的高带宽晶体,就需要进行小规模设计。

孙鹏和他的同事们用 3D 打印制造出一种支架,这是所需网络的基础底片。随后,他们将聚合物倒入,一旦凝固,再向直径为 0.3 毫米的微毛细管中充满等离子体、金属和介电气体。针对这个复制模塑(replica-molding )技术,他们花了近五年的时间来完善木桩状晶格中微毛细管的尺寸和间距。

孙鹏说:“组装材料非常困难。但最终还是能够使用设计的材料来观测 100 GHz 到 300 GHz 频率范围内的共振,这是一个针对很大的共振范围的操作。”

此外,他还表示为满足 100-300 GHz 的有效工作区间,这就意味着对等离子的电子密度有很高的要求。除了 3D 打印之外,还涉及软光刻技术(Soft-Lithography) 等多步精细加工过程。所以,目前大规模应用暂时还没有考虑。

但孙鹏和同事们的这项研究表明,设计出晶体的电子特性的快速变化(例如在反射或传输信号之间的切换)可以通过简单地打开或关闭几个等离子体柱来实现。这样的能力证实了这种动态且节能的设备如果用在通信领域时能起到的效用。

对于未来的研究,这篇文章通讯作者、也是负责人之一的 J. Gary Eden 教授表示,希望能进一步优化这种新器件的制造和开关效率。同时,也会尝试深入研究其他的应用之处,比如可以调节晶体以响应特定分子(用在针对大气污染物的共振),还可以用作高灵敏度的检测器等。

图 | 从左至右分别为:孙鹏、张润宇、陈闻远(来源:本人提供)

孙鹏目前是伊利诺伊大学香槟分校的博士后研究员, 就职于电子计算机与工程系。他在今年获得了伊利诺伊大学香槟分校土木与环境工程专业的博士学位,师从美国工程院院士 J. Gary Eden 教授和 Helen Nguyen 教授。同时,他拥有伊利诺伊大学香槟分校电子计算机与工程专业和北京大学生物医学专业的双硕士学位。

张润宇在 2018 年获得了伊利诺伊大学香槟分校材料科学与工程专业的博士学位,他的导师是上述实验的另一名通讯作者和负责人 Paul V. Braun 教授。他的本科也是在伊利诺伊大学香槟分校度过的,于 2012 年取得了该校机械工程专业的学士学位。

陈闻远同样是本科时期就在伊利诺伊大学香槟分校就读,他在 2018 年取得了机械工程专业的学士学位,随后便继续在该校攻读电子工程专业的硕士学位。他从 2016 年的本科期间就跟随 J. Gary Eden 教授进行实验,硕士阶段则继续在 Eden 的课题组中从事等离子体和超材料相关研究。

#居民收入#

根据2019年各省前三季度居民人均收入水平,能看到

1. 收入水平不平衡,分化比较严重分,超过全国平均水平是上海、北京、浙江、天津、江苏、广东、福建、山东和辽宁,主要是来自沿海地区。

2. 增速高省份主要是收入偏低的省份,因为基数低,更容易实现高增长。

要实现人均收入增长,不容易,需要产业的发展,资源的投入,其中,个人,组织,政府,缺一不可。

【海南生态软件园:乘时乘势谋新篇】

原文:https://t.cn/Aiky2r9S

盈滨半岛、美仑河畔,幽静湖泊与葱郁林木为伴的海南生态软件园犹如一片世外桃源。但在这幽静之下,却孕育着一股发展创新、干事创业的蓬勃力量。
  仅在最近20天里,海南生态软件园就主办和深度参与了中国数字健康医疗大会、数字文明大会发布会、海南自贸港数字经济和区块链国际合作论坛、2019中国游戏产业年会等4场重要活动,横跨数字健康、区块链和游戏电竞等多个领域。全国首个“数字健康生态村”落地、“链上海南”发布、海南网络游戏智能审核监管平台正式授牌等一系列对产业发展影响深远的重头戏更是在园区轮番上演。
  这只是一年多来,海南生态软件园推动高质量发展,以科技创新驱动制度和产业创新的最新生动案例。
  去年“4·13”以来,海南生态软件园充分发挥中央赋予海南的制度创新优势,在各级党委、政府和部门的支持下,结合海南实际和未来产业发展趋势,以“数字经济”作为未来发力方向,聚焦“一区三业”新发展战略,以新一代信息技术特别是区块链为主导,与实体经济深度融合,率先创建海南自贸试验区自贸港区块链试验区,重点发展数字文体、数字健康和数字金融,培育和发展千亿级数字产业,为海南高质量建设自贸试验区、自贸港作出了积极贡献。
  值得一提的是,在经济下行压力加大,我省经济结构调整、动能转换的重要时期,海南生态软件园重要经济指标实现了大幅增长。截至11月底,今年新增入园企业已达1058家,累计入园企业4651家,同比增长32.43%;今年前11个月税收达23.77亿元,同比增长22.34%。
  聚焦“一区三业”高质量发展谋新篇
  “我看到了海南发展区块链的决心,很期待海南在这个方面有更大作为。”12月4日,在海南生态软件园举行的数字文明大会发布会上,迪拜区块链中心创始人、首席执行官Marwan Alzarouni如是说。
  而他此行的重要目的则是参与签署海南自贸区(港)区块链试验区和迪拜区块链中心战略合作协议,双方共同发布“链上海南,链上迪拜”战略合作,这也成为“链上海南”打造全球共享链上生态的首个国际实践。
  时间回到一年多前,彼时海南自贸区(港)区块链试验区作为国内首个官方授牌成立的区块链试验区在海南生态软件园成立之时,区块链产业在海南还几乎是一片空白。
  作为试验区的主要发起人,海南生态软件园总经理杨淳至说,海南自贸试验区、自贸港建设机遇千载难逢,海南生态软件园作为我省高新技术产业的重要载体,在产业选择上到底应该怎么走,如何顺应自贸港建设大势,谋求高质量发展,是“4·13”后园区管理者一直在思考的问题。
  “最后我们认为发展数字经济是一个很好的选择,而区块链作为当今世界比较新的技术,要想发展就需要很多的制度创新、政策支持以及可落地的应用场景。”杨淳至说,海南在这方面有制度上的优势,可以先行先试,探索性地去发展区块链产业。
  这个选择也让海南在区块链发展上超前一步,如今试验区已汇聚了牛津海南区块链研究院、火币集团、百度度链、迅雷链、中科计算海南区块链创新研究院等100多家区块链头部机构和企业,成为国内区块链领域发展最为集中的区域之一;同时试验区还推出了“链上海南”计划,落地多项区块链应用,为高质量建设海南自贸试验区、自贸港注入了科技创新的活力。
  这一年来,以区块链等新一代技术为主导,与实体经济深度融合,海南生态软件园在数字文体、数字健康和数字金融等产业上频频发力,大动作不断,千亿级数字产业正在园区加速培育成长。
  今年6月,海南生态软件园联合腾讯在博鳌成功举办了2019全球电竞运动领袖峰会。作为大会重要内容,腾讯电竞将助力海南加快建设“海南国际电竞港”,依托海南自贸试验区自贸港先行先试政策优势和腾讯电竞的生态资源,以海南生态软件园为产业载体,在产业孵化、赛事落地、人才培养、行业标准体系搭建、电竞内容与旅游消费融合等方面探索新突破,构建行业新生态。
  截至目前,海南生态软件园已有腾讯、繁星互娱、创梦天地等近千家游戏和电竞企业入驻,而在12月19日召开的2019年度中国游戏产业年会上,世纪华通、三七互娱等26家知名游戏企业也与海南生态软件园举行了签约仪式,为海南游戏产业发展注入了新的力量。
  今年9月12日,中国电子PK联合创新暨产业生态大会在海南生态软件园成功举办。大会宣布,由中国电子信息产业集团自主创新,主导构建的“PK”体系落地海南。两家主体公司——中电(海南)联合创新研究院有限公司和中电(海南)数字科技产业集团有限公司同日在园区揭牌成立。
  同时此举也将前期带动100余家“PK”体系生态联盟机构和企业汇聚海南,建设全国首个“PK生态村”,抢抓万亿自主创新机遇,打造网络安全产业战略新高地。
  今年11月30日,中国数字健康医疗大会在海南召开。会上,全国首个“数字健康生态村”宣布落地海南生态软件园,复星集团、腾讯健康、国药集团等23家企业当天签约入驻,致力将其打造成千亿级产业集群。
  据悉,今年以来,海南生态软件园已聚集了上百家数字健康企业,海南生态软件园正成为海南“智慧医疗项目聚集区”,而以数字健康产业为引擎,“健康中国”正翻开“海南篇章”。
  制度创新释放政策红利 园区成先行先试重要舞台
  一流园区是落实中央赋予政策、推动实体经济发展的重要平台,更是自贸试验区、自由贸易港压茬推进和进行压力测试的重要载体。
  据统计,截至2019年11月底,海南生态软件园今年新增入园企业已达1058家,累计入园企业4651家,同比增长32.43%;今年前11个月税收达23.77亿元,同比增长22.34%。
  这样的成绩是在当前经济下行压力加大、世界经济不确定因素增加的时期,以及海南自贸试验区、自贸港建设背景下,我省转方式、调结构、换动能攻关期取得的,则更为来之不易。
  海南生态软件园缘何能在一年多时间里在产业布局发展上连出妙招,吸引企业入驻,在杨淳至看来,除了园区本身的发展思路契合海南自贸试验区、自贸港建设要求外,更得益于各级党委、政府和相关部门的支持,各种先行先试的政策在园区推行,释放了政策红利,改善了营商环境,吸引了企业的目光。
  在2019全球电竞运动领袖峰会上,我省就首次推出六条电竞产业专项支持政策——“海六条”,将逐步完善推出“建基金、引人才、低税率、免签证、简审批、建窗口”等政策措施,充分发挥海南自贸试验区、自贸港制度创新及政策优势,为电竞产业发展注入创新活力。
  为确保“海六条”的出台有的放矢,省委宣传部专门牵头旅文厅等相关部门做了大量调研工作,并于今年5月初在海南生态软件园召开海南电竞产业闭门研讨会,虚心征求业内企业代表意见,在企业的需求基础上,有针对性地出台了电竞产业支持政策。
  “‘海六条’政策的出台为海南发展电竞产业赢得了时间和空间的优势,也代表了整个电竞行业的诉求。”腾讯电竞业务负责人侯淼认为,“海六条”是海南省委宣传部和相关主管部门与企业代表进行直接沟通和探讨的产物,“它对电竞行业所面临的发展上的需求助力形成了全方面覆盖。”
  海南自贸区(港)区块链试验区的设立更是离不开省工信厅的支持,去年10月,在区块链的概念对于全国大多数地区还比较陌生之时,对区块链技术本身还有着比较大的争议和误解的背景下,省工信厅从积极发展新一代信息技术产业和数字经济的角度考虑,授牌海南生态软件园建设“海南自贸区(港)区块链试验区”,使其成为国内正式授牌的首个区块链试验区,鼓励其大胆试大胆闯,抢抓区块链等数字经济发展机遇,为海南在区块链领域抢先一步发展赢得了宝贵时间。
  据悉,为进一步促进海南区块链试验区创新发展,省政府已在起草《海南省关于加快区块链产业发展的若干政策措施》,预计近期将正式发布实施。
  园区数字健康产业发展同样离不开省卫健委和省药监局的支持,为顺应医疗健康产业发展趋势,省卫健委与园区共同成立了联合推进领导小组,高起点、高标准共建数字健康生态村,给予园区符合条件的企业互联网医院牌照发放;领先全国各省,在园区建设了省级互联网医疗服务监管平台以及省级医生多点执业电子备案系统,由软件园负责平台的技术支持和日常运维,以技术护航行业发展。
  为深入贯彻落实“健康中国2030”规划纲要,按照《海南健康产业发展规划(2019-2025年)》将海南生态软件园打造为“智慧医疗项目聚集区”,省药监局大力支持海南生态软件园建设数字健康产业基地,针对符合条件园区企业,给予医药零售及批发电商企业行业准入、药品委托储存运输、加快器械注册审批速度等方面的支持,并共同探索药品跨境电商进保税仓等创新产业落地。
  澄迈县委县政府则针对园区征地、拆迁、项目落地、政策兑现等发展问题每周召开联席工作会议等,推动园区发展。
  走产城融合发展之路 吸引中高端人才集聚
  事业兴旺的关键在人才,为吸引企业和人才入驻,海南生态软件园坚持走产城融合发展之路。一方面,园区把产业生态环境打造到极致,园区内设立的企业服务超市,为注册企业提供一站式高效全面的政务服务,企业注册可在3小时办结。
  目前,园区内已聚集了“腾讯生态村”“百度生态村”“数字健康生态村”“中国游戏数码港”“中国智力运动产业基地”等百亿级产业平台和“牛津(海南)区块链研究院”“中科计算海南区块链创新研究院”“百度区块链实验室”等一批创新主体,人才集聚,创新氛围浓厚。
  今年9月,由中国电子信息产业集团主导构建的PK体系正式落地海南生态软件园,“海南要发展,关键看能不能把高科技人才留住,他们是未来海南发展的核心力量。”在PK体系重要合作伙伴奇安信公司总裁吴云坤看来,PK体系的人才代表着国内网络安全顶级人才,他们入驻园区后,会给海南数字经济注入新的力量。
  “目前,我有超过一半的工作时间是在海南,未来希望可以全职在海南工作。”在海南生态软件园内,牛津(海南)区块链研究院健康医疗大数据中心专家顾问西蒙·摩斯正忙着手头上的工作。
  凭借牛津大学的国际影响力,牛津(海南)区块链研究院正聚集一批世界级的顶尖科学家,共同为推动区块链行业发展献力献策,据统计,目前研究院已吸引了上百名来自牛津大学、麻省理工、苏黎世联邦理工等全球顶级院校的优秀科学家加盟,其中具有国际化背景的超过50%。
  为方便外国人才在园区就业,省科技厅今年8月批复支持在海南生态软件园企业服务超市设立窗口试点,办理来华工作许可服务,为外籍人员提供咨询、审批、证照发放、原件认证等业务,目前此项业务已在园区开始试运行,并已完成3起外国人来华工作许可证申请的预审批。
  此外,澄迈县出入境管理大队也与海南生态软件园形成联合办公机制,进一步指导园区加强外籍人员管理,打造外籍人才和谐园区,为外籍人才在园区工作与生活提供了极大便利。
  而除了引进人才,园区也在培育产业发展急需的人才,今年8月,工业和信息化部人才交流中心与火币中国在海南生态软件园举行战略合作签约仪式,目的是解决当前我国区块链产业人才工作中的“卡脖子”问题。
  另一方面,海南生态软件园也把园区的自然生态环境优势发挥到极致,建设了集工作、居住、教育、商务、休闲等于一体的产业“微城市”,15分钟步行距离,实现事业、家庭、健康平衡新主张。
  目前,园区的办公系统、居住配套、商业街、商务酒店、国际幼儿园、与北京十一学校战略合作的iSchool微城未来学校均已建成使用。
  其中仅iSchool微城未来学校投资就达20亿元,学校于去年5月开工建设,并于今年9月正式招生开学,在省教育厅支持下,该校也成为我省第一所“海南省基础教育改革创新实验学校”,定位培养面向未来的人才,帮助学生成为自信、自律、自由的人。
  这也意味着,以海南生态软件园的iSchool微城未来学校为试点,海南将探索实施基础教育领域教学、育人、引才等方面的改革创新,为海南乃至全国基础教育创新发展提供生动案例。
  

来源:海南日报
作者:邵良 陈金梅 梁建美
编辑:李木子
监制:谢文相
声明:如涉及版权问题,请尽快联系我们删除!我们的邮箱是:741315237@qq.com,诚挚感谢。


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