Многие из современных средств коммуникации основаны на функции света или, более конкретно, на передаче информации в световой волне. До сих пор исследования электронных и оптических устройств с использованием материалов, которые являются основой современной электроники, таких как радио, телевидение и компьютеры, в основном основывались на нелинейных оптических эффектах, создавая устройства, пропускная способность которых была ограничена областью частот гигагерц (ГГц). (Герц обозначает циклы в секунду периодического явления, в данном случае 1 миллиард циклов).

В статье, опубликованной 4 марта в Nature Photonics, Хрвое Петек, профессор физики и химии в Школе искусств и наук им. Кеннета П. Дитриха Питта, и его коллега Мунеаки Хасе, профессор прикладной физики в Университете Цукуба в Японии и приглашенный ученый в лаборатории Петека, подробно описывают свой успех в создании частотной гребенки, разделяющей один цвет света на серию равномерно расположенных спектральных линий для различных применений, которая охватывает полоса пропускания более 100 терагерц за счет возбуждения когерентного коллективного движения атомов в полупроводниковом кремниевом кристалле.

Чтобы исследовать оптические свойства кремниевого кристалла, Петек и его команда исследовали изменение отражательной способности после возбуждения интенсивным лазерным импульсом. После возбуждения команда заметила, что количество отраженного света колеблется на частоте 15,6 ТГц, самой высокой механической частоте атомов в кремниевой решетке. Это колебание вызвало дополнительные изменения в поглощении и отражении света, умножив основную частоту колебаний до семи раз, чтобы генерировать комбинацию частот, выходящих за пределы 100 ТГц. Петек и его команда впервые смогли наблюдать за производством такого набора частот из кристаллического твердого вещества.

"Хотя мы ожидали увидеть колебание на частоте 15,6 ТГц, мы не осознавали, что его возбуждение может изменить свойства кремния таким драматическим образом", - говорит Петек. "Открытие стало результатом разработки уникальных приборов и тщательного анализа членами команды".

Петек отмечает, что достижения команды являются результатом разработки экспериментальных и теоретических инструментов для лучшего понимания того, как электроны и атомы взаимодействуют в твердых телах при интенсивном оптическом возбуждении, а также заинтересованности Школы Питта Дитриха в усовершенствованном приборостроении и лабораторной инфраструктуре.

В настоящее время команда исследует когерентные колебания электронов, которые могут еще больше расширить возможности использования взаимодействия света и материи от терагерцового до петагерцового диапазона частот. Петагерц - это единица измерения для очень быстрых частот (1 квадриллион Герц).