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06.11.2025 05:51
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光学领域的量子突破
利用拓扑绝缘体和量子纳米结构，科学家首次通过实验证实了太赫兹波段高次谐波的产生。这一发现为通信、医疗和量子计算等领域的新技术铺平了道路。
科学家在光学领域取得了重大突破。他们利用量子材料，首次通过实验证实了太赫兹（THz）波段（包括偶数频率）的高次谐波产生（HHG）。此前，由于大多数材料的对称性，这是不可能的。
高次谐波产生（HHG）技术可以将光转换为更高频率的光，从而使我们能够探测到原本无法触及的电磁波谱部分。石墨烯长期以来都被认为是一种很有前景的候选材料，但由于其完美的对称性，它只能产生奇次谐波。
这项发表在《光：科学与应用》杂志上的研究中，由米里亚姆·塞雷娜·维蒂耶洛教授领导的团队使用了拓扑绝缘体（TI），这种材料表面导电，内部绝缘。由于强烈的自旋轨道耦合和时间反演对称性，它们具有独特的量子特性。
研究人员利用分裂环谐振器（SRR）纳米结构，并将其与薄的Bi₂Se₃层和(InₓBi₁₋ₓ)₂Se₃异质结构相结合。他们使用2.5 W的太赫兹量子级联激光器，实现了光放大，并在6.4 THz（偶数）和9.7 THz（奇数）处观察到了高次谐波产生（HHG）。
研究结果证实了理论预测，并推动了紧凑型太赫兹光源、传感器和超快光电子器件的研发。这一进展展现了量子材料在未来技术领域的巨大潜力，其中通信、医学成像以及量子计算尤为突出。
