德国亥姆霍兹研究中心协会 一个国际研究小组证明了三维狄拉克材料砷化镉(蓝-红锥)可以将强太赫兹脉冲(红线)的频率增加7倍
其原因是砷化镉中的自由电子(红点)，它们被太赫兹闪光的电场加速，从而发射电磁辐射
信用:亥姆霍兹-德累斯顿-罗森多夫 更高的频率意味着更快的数据传输和更强大的处理器——这是多年来推动信息技术行业的公式
然而，从技术上来说，不断提高时钟频率和无线电频率绝非易事
新材料可以解决这个问题
亥姆霍兹-德累斯顿-罗森多夫(HZDR)的实验现在产生了一个有希望的结果:一个国际研究小组能够获得一种新材料，将太赫兹辐射闪光的频率提高到原来的7倍:这是潜在的信息技术应用的第一步，该小组在《自然通信》杂志上报告说
当智能手机接收数据、计算机芯片执行计算时，这种过程总是涉及到交变电场，这些电场以明确定义的路径发送电子
更高的场频率意味着电子可以更快地工作，从而实现更高的数据传输速率和更高的处理器速度
目前的上限是太赫兹范围，这就是为什么全世界的研究人员都渴望了解太赫兹场如何与新材料相互作用
“我们在HZDR的TELBE太赫兹设备是详细研究这些相互作用和识别有前途材料的杰出来源，”HZDR辐射物理研究所的简-克里斯托夫·戴耐特说
“例如，一个可能的候选物是砷化镉
" 这位物理学家与来自德累斯顿、科隆和上海的研究人员一起研究了这种化合物
砷化镉(Cd3As2)属于所谓的三维狄拉克材料，其中电子可以非常快速有效地相互作用，既可以相互作用，也可以与快速振荡的交变电场相互作用
“我们特别感兴趣的是砷化镉是否也能以新的、更高的频率发射太赫兹辐射，”TELBE束线科学家谢尔盖·科瓦列夫解释道
“我们已经在二维狄拉克材料石墨烯中非常成功地观察到了这一点
“研究人员怀疑砷化镉的三维电子结构将有助于实现高效率的转换
为了测试这一点，专家们使用了一种特殊的工艺，用砷化镉生产超薄高纯度的血小板，然后用TELBE设备对其进行太赫兹脉冲处理
血小板背面的探测器记录了砷化镉对辐射脉冲的反应
结果是:“我们能够证明砷化镉是一种高效的倍频器，即使在TELBE产生的非常强的太赫兹脉冲下，它也不会失去效率，”现在在科隆大学工作的HZDR前研究员王哲报告说。
该实验首次证明了在这种仍然年轻的材料类别中，太赫兹频率倍增至七次谐波的现象
电子随着自己的节奏跳舞 除了实验证据之外，该团队与马克斯·普朗克复杂系统物理研究所的研究人员一起，还对发生的情况提供了详细的理论描述:撞击砷化镉的太赫兹脉冲会产生强电场
“这个场加速了材料中的自由电子，”戴纳特描述道
“想象一下，大量微小的钢丸在一个盘子上滚动，盘子从一边到另一边倾斜的速度非常快
" 砷化镉中的电子通过发射电磁辐射来响应这种加速
关键是它们并不完全跟随太赫兹场的节奏，而是以更复杂的路径振荡，这是这种材料不寻常的电子结构的结果
结果，电子以原始频率的奇数整数倍发射新的太赫兹脉冲——这是一种类似于钢琴的非线性效应:当你按下键盘上的A键时，乐器不仅会发出你弹奏的键，还会发出丰富的泛音频谱，即谐波
为了后5G世界 这种现象为未来的许多应用带来了希望，例如无线通信，其无线电频率越来越高，能够比今天的传统信道传输更多的数据
该行业目前正在推出5G标准
由狄拉克材料制成的组件有朝一日可能会使用更高的频率，从而实现比5G更大的带宽
这种新的材料似乎对未来的计算机也很感兴趣，因为理论上，基于狄拉克的元件可以比今天的硅基技术提供更高的时钟速率
但首先，背后的基础科学需要进一步研究
“我们的研究结果只是第一步，”王哲强调
“在我们能够设想具体的应用之前，我们需要提高新材料的效率
“为此，专家们想找出他们通过施加电流来控制频率倍增的效果如何
他们想给他们的样本下药，我
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用外来原子丰富它们，希望优化非线性频率转换
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