某些材料具有隱藏的理想特性，就像您在黑暗中使用手電筒看東西一樣，科學家可以利用光來揭示這些特性。

加州大學圣地亞哥分校的研究人員使用先進的光學技術來了解有關稱為 Ta 2 NiSe 5 (TNS) 的量子材料的更多信息。他們的工作發表在《自然材料》雜志上。

材料可能會受到不同的外部刺激的干擾，通常會隨著溫度或壓力的變化而變化;然而，由于光是宇宙中最快的物質，材料會對光學刺激做出非常快的反應，從而揭示原本隱藏的特性。

“本質上，我們將激光照射在材料上，這就像定格攝影，我們可以逐步跟蹤該材料的某些特性，”領導這項研究的物理學教授理查德·阿弗里特( Richard Averitt)說，他也是該論文的作者之一。“通過觀察組成粒子如何在該系統中移動，我們可以梳理出這些很難通過其他方式找到的特性。”

該實驗由主要作者 Sheikh Rubaiat Ul Haque 進行，他于 2023 年畢業于加州大學圣地亞哥分校，現在是斯坦福大學的博士后學者。他與阿弗里特實驗室的另一位研究生張遠一起改進了一種稱為太赫茲時域光譜的技術。這項技術使科學家能夠測量材料在一定頻率范圍內的特性，而哈克的改進使他們能夠獲得更廣泛的頻率范圍。

這項工作基于該論文的另一位作者、蘇黎世聯邦理工學院教授尤金·德姆勒 (Eugene Demler) 創建的理論。德姆勒和他的研究生馬里奧斯·邁克爾提出了這樣的想法：當某些量子材料被光激發時，它們可能會變成一種放大太赫茲頻率光的介質。這促使 Haque 和同事仔細研究了 TNS 的光學特性。

當電子被光子激發到更高的水平時，它會留下一個空穴。如果電子和空穴結合，就會產生激子。激子也可能形成凝聚態——當粒子聚集在一起并表現為單一實體時出現的一種狀態。

哈克的技術得到了戴姆勒理論的支持，并使用馬克斯·普朗克物質結構與動力學研究所的安吉爾·盧比奧團隊的密度泛函計算，該團隊能夠觀察到反常的太赫茲光放大，從而揭示了 TNS 激子的一些隱藏特性凝結水。

凝聚態是一種明確定義的量子態，使用這種光譜技術可以將它們的一些量子特性印在光上。這可能會對利用量子材料的糾纏光源(其中多個光源具有互連特性)的新興領域產生影響。

“我認為這是一個廣闊的領域，”哈克說。“德姆勒的理論可以應用于一系列具有非線性光學特性的其他材料。通過這項技術，我們可以發現以前從未探索過的新光引發現象。”