某些材料具有被隐藏起来的理想特性，就像用手电筒在黑暗中照明一样，科学家们可以用光来揭示这些特性。来自加利福尼亚大学圣迭戈分校的研究人员通过利用一种先进的光学技术，来研究了一种名为Ta₂NiSe₅(TNS)的量子材料。他们的研究成果已发表在最近的《自然材料》杂志上。

材料可能会受到不同的外部刺激的干扰，这通常伴随着温度或压力的变化。然而，由于光是宇宙中速度最快的东西，材料会对光学刺激做出非常快的反应，这可以揭示出其原本隐藏的特性。

物理学教授Richard Averitt领导了这项研究工作，他也是那篇论文的作者之一。他说道：“从本质上讲，我们用激光照射材料，就像定格摄影一样，我们可以逐步跟踪该材料的某种特性。通过观察其组成粒子如何在该系统中移动，我们可以找出一些以其他方法很难发现的特性。”

该实验由主要作者Sheikh Rubaiat Ul Haque进行，他于2023年毕业于加州大学圣迭戈分校，现在是斯坦福大学的博士后学者。他与Averitt实验室的另一名研究生Yuan Zhang一起改进了一种名为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，而Haque的改进使他们能够获得更广泛的频率范围。

这项工作是基于由论文的另一位作者、苏黎世联邦理工学院教授Eugene Demler创建的理论。Demler和他的研究生Marios Michael提出了这样一个观点：当某些量子材料被光激发时，它们可能会变成一种能放大太赫兹频率光的介质。这促使Haque及其同事仔细研究了TNS的光学特性。

当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在一起，就会产生激子。激子还可能形成凝聚态——当粒子聚集在一起并表现为单一实体时会出现的一种状态。

通过利用Haque的技术并结合德姆勒的理论，以及利用Angel Rubio所在的Max Planck物质结构与动力学研究所的密度泛函计算，研究小组观测到了异常的太赫兹光放大现象，这揭示了TNS材料中激子凝聚态的某些隐藏特性。

凝聚态是一种定义明确的量子态，通过利用他们开发的光谱技术可以将它们的某些量子特性印刻到光上。这可能会对利用了量子材料的纠缠光源(其中多个光源具有相互关联的特性)这一新兴领域产生影响。

Haque表示：“我认为这是一个广阔的领域。由Demler提出的理论可以应用于一系列具有非线性光学特性的其他材料。通过利用这项技术，我们可以发现以前从未探索过的新型光诱导现象。”(编译:Tmac)