Kvantni preboj v optiki

Znanstveniki so dosegli pomemben preboj v optiki. Z uporabo kvantnih materialov so namreč prvič eksperimentalno potrdili visoko-redno generacijo harmonikov (HHG) v teraherčnem (THz) območju, vključno s parnimi frekvencami. To je bilo doslej nemogoče zaradi simetrije večine materialov.

HHG omogoča pretvorbo svetlobe v višje frekvence, kar odpira dostop do sicer nedosegljivih delov elektromagnetnega spektra. Grafen je bil dolgo obetaven kandidat, a zaradi popolne simetrije proizvaja le neparne harmonike.

V študiji, objavljeni v Light: Science & Applications, je ekipa pod vodstvom prof. Miriam Serene Vitiello uporabila topološke izolatorje (TI), materiale, ki prevajajo elektriko po površini, medtem ko so v notranjosti izolatorji. Zaradi močne spin-orbitne sklopitve in simetrije časovnega obrata imajo edinstvene kvantne lastnosti.

Raziskovalci so uporabili nanostrukture z razcepljenimi obročnimi resonatorji (SRR) in jih združili s tankimi plastmi Bi₂Se₃ ter heterostrukturami (InₓBi₁₋ₓ)₂Se₃. S pomočjo 2,5 W THz kvantnega kaskadnega laserja so dosegli ojačanje svetlobe in opazovali HHG pri 6,4 THz (parno) in 9,7 THz (neparno).

Rezultati potrjujejo teoretične napovedi in omogočajo razvoj kompaktnih THz virov svetlobe, senzorjev in ultrahitrih optoelektronskih komponent. Napredek kaže na velik potencial kvantnih materialov za prihodnje tehnologije. Med njimi izstopajo komunikacije, medicinsko slikanje in seveda kvantno računalništvo.