Kvantni proboj u optici

Znanstvenici su postigli veliki proboj u optici. Koristeći kvantne materijale, prvi put su eksperimentalno potvrdili generiranje harmonika višeg reda (HHG) u terahercnom (THz) rasponu, uključujući parne frekvencije. To je prije bilo nemoguće zbog simetrije većine materijala.

HHG omogućuje pretvorbu svjetlosti u više frekvencije, otvarajući pristup inače nedostupnim dijelovima elektromagnetskog spektra. Grafen je dugo bio obećavajući kandidat, ali zbog svoje savršene simetrije proizvodi samo neparne harmonike.

U studiji objavljenoj u časopisu Light: Science & Applications, tim pod vodstvom prof. Miriam Serene Vitiello koristio je topološke izolatore (TI), materijale koji provode električnu energiju na površini, a iznutra su izolatori. Imaju jedinstvena kvantna svojstva zbog snažnog spin-orbitalnog sprezanja i simetrije vremenske inverzije.

Istraživači su koristili nanostrukture s razdvojenim prstenastim rezonatorom (SRR) i kombinirali ih s tankim slojevima Bi₂Se₃ i heterostrukturama (InₓBi₁₋ₓ)₂Se₃. Koristeći kvantni kaskadni laser od 2,5 W THz, postigli su pojačanje svjetlosti i uočili HHG na 6,4 THz (parni) i 9,7 THz (neparni).

Rezultati potvrđuju teorijska predviđanja i omogućuju razvoj kompaktnih THz izvora svjetlosti, senzora i ultrabrzih optoelektroničkih komponenti. Napredak pokazuje veliki potencijal kvantnih materijala za buduće tehnologije. Među njima se ističu komunikacije, medicinsko snimanje i naravno kvantno računarstvo.