兩個實驗裝置
哥倫比亞大學的工程師和Max Planck物質結構和動力學理論合作者發現，將雷射與晶格振動配對可以增強層狀二維材料的非線性光學特性。該研究發表在【自然·通訊】雜誌上。
最近這篇論文的合著者、哥倫比亞大學工程學博士生Cecilia Chen和她的同事Alexander Gaeta的量子與非線性光子學小組使用六方氮化硼（hBN）。hBN是一種類似於石墨烯的二維材料：它的原子排列成蜂窩狀重復圖案，可以剝離成具有獨特量子性質的薄層。Chen指出，hBN在室溫下是穩定的，其組成元素——硼和氮——非常輕。這意味著它們振動非常快。
在絕對零度以上的所有材料中都會發生原子振動。這種運動可以量子化為稱為聲子的準粒子，具有特定的共振；在hBN的情況下，該團隊對在41THz下振動的光學聲子模式感興趣，對應於7.3μm的波長，位於電磁光譜的中紅外區。
雖然中紅外波長被認為較短，因此能量較高，但在晶體振動的圖片中，它們在大多數雷射光學研究中被認為很長且能量很低，其中絕大多數實驗和研究是在可見光到近紅外範圍內進行的，大約在400奈米到2微米之間。
當他們將雷射系統調諧到對應於7.3μm的hBN頻率時，Chen與博士生Jared Ginsberg（現為美國銀行的數據科學家）和博士後Mehdi Jadidi（現為量子計算公司PsiQuantum的團隊負責人）能夠同時一致地驅動hBN晶體的聲子和電子，從而有效地從介質中產生新的光學頻率，這是非線性光學的一個基本目標。
Max Planck研究所Angel Rubio教授領導的理論工作幫助實驗團隊解釋了他們的研究結果。
他們使用商用台式中紅外雷射器，探索了四波混頻的聲子介導非線性光學過程，以產生接近光學訊號偶次諧波的光。他們還觀察到，與不激發聲子的情況相比，三次諧波產生的次數增加了30倍以上。
Chen說：「我們很高興能證明，用雷射驅動來放大自然聲子運動可以增強非線性光學效應並產生新的頻率。」該團隊計劃在未來的工作中探索如何利用光來修飾hBN和類似材料。
