运用太赫兹技术开启量子传感之门

可见光只是电磁波谱中的一小部分，而对人类视力范围以外频率的光波的操纵，已经使手机和 CT 扫描等技术成为可能。莱斯大学的研究人员已经制定了一项计划，以利用频谱中以前未使用的部分。 "=TTsxyM6P  
z)y(31K<1  
{rJF)\2  
识别光谱中的差距 :;u]Y7  
aeLo;!Jh  
莱斯大学三年级博士生、最近发表在《先进材料》（Advanced Materials）杂志上的一篇文章的第一作者徐睿说："中红外光和远红外光存在明显的差距，大约在 5-15 太赫兹的频率和 20-60 微米的波长范围内，与较高的光学频率和较低的无线电频率相比，目前还没有很好的商业产品。" x3F L/^S  
jP6G.aiO  
这项研究是在威廉-马什-莱斯讲座教授、材料科学与纳米工程助理教授朱涵宇（Hanyu Zhu）的新兴量子与超快材料实验室进行的。 0$h$7'a  
Y~?YA/.x  
N<r0I-  
太赫兹间隙的重要性和挑战 <;Z~ vZ]  
,r,;2,;6nd  
Zhu说："这一频率区域的光学技术--有时被称为'新太赫兹间隙'，因为它远比0.3-30太赫兹'间隙'中的其他频率区域更难以接近--对于研究和开发用于接近室温的量子电子学的量子材料，以及感知生物分子中的功能基团以进行医学诊断，可能非常有用。" =y/Lbe}:  
mNB ]e5;N  
研究人员面临的挑战一直是找到合适的材料来承载和处理"新太赫兹间隙"中的光。这种光会与大多数材料的原子结构产生强烈的相互作用，并很快被它们吸收。 zw:b7B]  
Kyiez]T6%q  
钛酸锶和量子顺电性 {YLJKu!M  
SL5DWZ  
Zhu 的研究小组利用钛酸锶（一种锶和钛的氧化物）将强相互作用转化为优势。 KEB>}_[  
{$=%5  
Xu说："它的原子与太赫兹光的耦合如此强烈，以至于形成了被称为声子-极化子的新粒子，这些粒子被限制在材料表面，不会在材料内部消失。" uXa}<=O  
s/|'1E\F  
其他材料支持更高频率的声子-极化子，而且通常支持的范围很窄，而钛酸锶则不同，它支持整个 5-15 太赫兹间隙的声子-极化子，这是因为钛酸锶具有一种称为量子顺电性的特性。钛酸锶的原子表现出巨大的量子波动和随机振动，因此能有效捕捉光线，而不会被捕捉到的光线自我捕获，即使在零开尔文温度下也是如此。 ebwoMG,B-  
! r\ktX  
Xu 说："我们通过设计和制造超快场聚光器，证明了钛酸锶声子-极化子器件在 7-13 太赫兹频率范围内的概念。这种器件能将光脉冲挤压到小于光波长的体积内，并保持较短的持续时间。因此，我们实现了每米近千兆伏的强瞬态电场。 ]-OkW.8d1  
c`=hK*  
未来影响与应用 Os]M$c_88  
5W'|qmJ  
电场是如此之强，以至于它可以用来改变材料的结构，从而产生新的电子特性，或者从微量的特定分子中产生新的非线性光学响应，这种响应可以用普通的光学显微镜检测到。Zhu说，他的研究小组开发的设计和制造方法适用于许多市售材料，可以实现3-19太赫兹范围内的光子设备。