隨着高速通訊標準「5G」的普及，着眼於新一代「6G」的技術開發已經開始取得進展。東北大學開發出一種新的材料生產方法，能低成本量產控制6G通訊用「太赫茲波」的材料。如果該材料能夠普及，日本企業就有望在預計2030年代投入實用化的6G以及之後的「7G」通訊中掌握主導權。2050年之前，相關材料的研究開發將非常重要。
新材料將金屬分散在樹脂中可用於控制太赫茲波（供圖：東北大學金森教授）
電磁波頻率越高，可以傳輸的資訊就越多。目前的5G最高使用28GHz（GHz爲10億Hz）頻帶，而6G通訊預計將利用100GHz～10THz（THz爲1萬億Hz）的電磁波，即太赫茲波。
生成電磁波的器件爲自由控制電磁波（折射等），使用透鏡和棱鏡等光學元件。例如，目前的透鏡根據折射率使用多種不同的材料。
然而，具有可以自由控制太赫茲波的折射率的材料在自然界幾乎不存在。這是開發6G通訊技術面臨的課題。
東北大學的金森義明教授等人組成的研究團隊開發出一種新技術，該技術可利用人工改變電磁波通道特性的「超材料」，以低成本量產還能控制太赫茲波的材料。並能實施天然材料難以實施的折射率。並且，材料還可以使用老式半導體製造裝置製造，因此企業很容易實施商業化。
這種材料在透明樹脂中分散了微小的特定形狀的金和銅等材料。爲控制太赫茲波，此前也嘗試過製作超級材料，但有時折射率等特性會隨着光的入射角度而改變。此次的材料，金屬的方向是隨機的，即使光的入射方向改變，折射率也能保持不變。
製作這種材料時首先在透明樹脂薄膜上鋪一層薄膜金屬。在這種狀態下，利用透過照射光等形成凹凸和電路圖案的「光刻」技術對金屬進行加工。
然後在上方蓋上透明樹脂膜。透過將覆蓋着薄膜的金屬切碎，並將粉末狀材料放入模具等，可以製作任意形狀的電波控制材料。
研究團隊製作了直徑12毫米、厚1.6毫米的藥片狀材料。透過更換模具或者透過金屬加工改變形狀，還可以調節折射率。
今後爲推進量產做準備，計劃2026年度以後實施商業化。還考慮向企業轉讓技術以及成立東北大學的校辦初創企業。
金森教授強調說：「我們以可實際應用的技術爲主題推進了研究。隨着此次的技術普及，我們可以在6G的普及方面引領世界。」該技術有望提高日本企業的長期競爭力。
太赫茲波還有望用於通訊以外的安全和農業領域。相信預計新開發的控制材料也可以應用於這些領域。
日本欲透過新一代通訊挽回劣勢
| 太赫茲波相關的研發及前景預測 | |
| 2019年 | 大阪大學等將太赫茲波的檢測靈敏度提高1萬倍 |
| 2021年 | 東京農工大學利用高折射率人工材料開發出透鏡 |
| 2022年 | 東北大學開發出可低成本量產的控制材料 |
| 2030年代 | 新一代通訊標準“6G”普及 |
| 2040~2050年 | 在各個領域普及應用，還有望用於“7G”通訊 |
日本在5G技術的開發方面落後於世界其他國家。爲透過新一代通訊挽回劣勢，日本總務省等產學官合作成立了「Beyond 5G推進聯盟」，計劃儘快實施實用化等。
關於自由控制太赫茲波的技術，大學和企業等也正在推進各種研究。
東京農工大學的鈴木健仁副教授等人組成的研究團隊利用太赫茲波折射率較高的獨特人工材料開發了透鏡。這種材料的折射率爲硅的5倍以上，可以使更薄的透鏡控制太赫茲波。研究團隊打算透過反復改良，推進太赫茲波相關產品的小型化。
軟銀開發出了可以自由改變太赫茲波發射方向的天線，已被用於收發實驗。有望成爲與智慧型手機配備的天線通訊的基礎技術。
使用太赫茲波的技術還有望用於預計2030年代實施實用化的6G之後的7G。可能會爲各種設備超高速連接的時代提供支援。
爲了在2040～2050年實施廣泛普及，今後相關領域的技術開發依然非常重要。
日文：落合修平、《日經產業新聞》，2022/03/25
中文：JST客觀日本編輯部
