麻省理工学院（MIT）物理学家报告称，他们研制出一种可在微观尺度聚焦太赫兹辐射的新型显微镜，并借此在一种高温超导材料中直接观测到此前未被可视化的量子振动模式。相关论文已发表在《自然》杂志上。

太赫兹光处于微波与红外辐射之间，频率每秒振荡超过一万亿次，接近材料内部原子与电子的自然振动频段，因此被认为适合用于探测相关运动。不过，太赫兹波典型波长可达数百微米，受衍射极限影响，光束难以紧密聚焦，导致其在显微尺度样品上的空间分辨率受限。

研究团队在论文中表示，他们通过一种“自旋电子发射器”技术绕开上述限制。该发射器由多层超薄金属层构成，在激光触发下可产生尖锐的太赫兹脉冲。团队将样品放置在靠近发射器的位置，在太赫兹光扩散前“捕获”并将其压缩到远小于波长的空间范围，从而实现对微观结构的探测。

在此基础上，MIT团队将自旋电子发射器与布拉格镜结合，构建了太赫兹显微镜系统。研究人员称，布拉格镜可滤除不需要的波长，并允许特定波段通过，以减少触发太赫兹发射所用激光对样品的影响。

作为演示，团队对一块原子级薄的铋锶钙铜氧化物（BSCCO）样品进行成像，并在接近绝对零度的低温条件下使其进入超导态。研究人员通过扫描激光束，让太赫兹脉冲穿过样品并记录信号变化。

论文报告称，实验中观测到太赫兹场出现明显扭曲，主脉冲之后伴随小幅振荡。团队进一步分析后认为，这一信号对应于BSCCO内部由超导电子形成的无摩擦“超流体”发生集体往复振荡，其频率位于太赫兹范围。MIT唐纳物理学教授努赫·格迪克（Nuh Gedik）表示，新显微镜使研究人员首次看到此前未见的超导电子新模式。

研究团队指出，利用该太赫兹显微镜探测BSCCO及其他超导体，有助于加深对材料性质的理解，并可能为室温超导体研究提供支持。研究人员同时提到，该工具也可用于识别发射与接收太赫兹辐射的材料，相关材料被认为可能用于未来太赫兹频段无线通信。MIT材料研究实验室博士后、论文第一作者亚历山大·冯·霍根（Alexander von Hoegen）称，当前正推动将Wi‑Fi或电信技术提升至太赫兹频率，而太赫兹显微镜可用于研究太赫兹光与微型器件（如潜在天线或接收器）之间的相互作用。

论文合作者除格迪克与冯·霍根外，还包括MIT的汤米·泰、克利福德·阿灵顿、马修·杨、雅各布·佩廷、亚历山大·科萨克、李炳勋和杰弗里·比奇，以及来自哈佛大学、马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所、马克斯·普朗克复杂系统物理研究所和布鲁克海文国家实验室的研究人员。团队表示，下一步将把显微镜应用于其他二维材料，以捕捉更多发生在太赫兹频段的集体现象。

本文信息源自MIT新闻发布内容。