研究人员已经开发出一种先进的光学技术，利用光来揭示量子材料Ta2NiSe5 (TNS)的隐藏特性。通过使用太赫兹时域光谱学，研究小组观察到异常的太赫兹光放大，表明存在激子凝聚。这一发现为在纠缠光源中使用量子材料以及在量子物理中的其他应用开辟了新的可能性。来源:SciTechDaily.com
科学家们使用了激光棒利用sed技术揭示了Ta2NiSe5材料隐藏的量子特性，有可能推动量子光源的发展。
某些材料具有隐藏的理想特性，就像你在黑暗中用手电筒看东西一样，科学家可以用光来发现这些特性。
加州大学圣地亚哥分校的研究人员使用了一种先进的光学技术来了解一种名为Ta2NiSe5 (TNS)的量子材料。他们的研究成果发表在《自然材料》杂志上。
材料可以通过不同的外部刺激而受到扰动，通常是温度或压力的变化;然而，由于光是宇宙中速度最快的东西，材料对光刺激的反应非常快，揭示了原本隐藏的特性。
使用一种改进的技术，可以获得更广泛的频率范围，该团队能够发现TNS激子凝聚的一些隐藏特性。资料来源:斯坦福大学Sheikh Rubaiat Ul Haque
量子材料中的先进光学技术
“从本质上讲，我们将激光照射在材料上，就像定格摄影一样，我们可以逐渐跟踪材料的某些特性，”物理学教授理查德·阿弗里特说，他领导了这项研究，也是该论文的作者之一。“通过观察组成粒子如何在该系统中移动，我们可以梳理出这些很难找到的特性。”
这项实验是由首席作者Sheikh Rubaiat Ul Haque进行的，他于2024年毕业于加州大学圣地亚哥分校，现在是斯坦福大学的博士后学者。他和阿弗里特实验室的另一名研究生张元一起，改进了一种叫做太赫兹时域光谱学的技术。这项技术使科学家能够在一定频率范围内测量材料的特性，哈克的改进使他们能够接触到更广泛的频率范围。
量子态和光放大
这项工作是基于该论文的另一位作者、苏黎世联邦理工学院(ETH zrich)教授尤金·德姆勒(Eugene Demler)创立的理论。德姆勒和他的研究生马里奥斯·迈克尔提出了这样的想法:当某些量子材料被光激发时，它们可能会变成一种放大太赫兹频率光的介质。这使得Haque和他的同事们仔细研究了TNS的光学特性。
当一个电子被光子激发到更高的能级时，它会留下一个空穴。如果电子和空穴结合，就会产生激子。激子也可能形成凝聚态——当粒子聚集在一起并表现为单个实体时发生的一种状态。
Haque的技术，在Demler理论的支持下，利用马克斯普朗克物质结构与动力学研究所的Angel Rubio小组的密度泛函计算，该团队能够观察到异常的太赫兹光放大，从而揭示了TNS激子凝聚的一些隐藏特性。
冷凝物是一种定义明确的量子态，使用这种光谱技术可以使它们的一些量子特性被印在光上。这可能会对利用量子材料的纠缠光源(多个光源具有相互关联的特性)的新兴领域产生影响。
哈克说:“我认为这是一个非常开放的领域。Demler的理论可以应用于其他一系列具有非线性光学特性的材料。通过这项技术，我们可以发现以前从未探索过的新的光诱导现象。”
参考文献:“太赫参数放大作为激子凝聚动力学的报告”，作者:Sheikh Rubaiat Ul Haque, Marios H. Michael，朱俊波，张元，Lukas Windg?tter, Simone Latini, Joshua P. Wakefield, Zhang - feng, Zhang Jingdi, Angel Rubio, Joseph G. Checkelsky, Eugene Demler和Richard D. Averitt, 2024年1月3日，Nature Materials。DOI: 10.1038 / s41563 - 023 - 01755 - 2
由DARPA DRINQS项目(D18AC00014)、瑞士国家科学基金会(200021_212899)、陆军研究办公室(W911NF-21-1-0184)、欧洲研究委员会(ERC-2015-AdG694097)、卓越集群“先进物质成像”(AIM)、Grupos Consolidados (IT1249-19)、德国Forschungsgemeinschaft(170620586)和Flatiron研究所提供资金。
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