在一个技术创新几乎每天都在亮相的世界里，通常很难确定哪些技术创新真正具有变革潜力。然而，每隔一段时间，就会出现一些具有广泛影响的技术突破，值得我们关注。其中一个这样的发现来自莱斯大学的实验室，研究人员率先使用钛酸锶（trontium titanate）为关键材料，探索以前未能利用的光谱部分。

光谱的隐没宝藏

可以把光或者电磁波想象成一个广阔的连续体，而我们的眼睛只能看到一小部分。这种可见光只是电磁谱的冰山一角。在它之外是一个各种频率电磁波的宝库，从为我们的手机供电的熟悉的射频无线电波，到窥视我们身体内部运作的难以捉摸的X射线。在这个连续体中有一段“新太赫兹间隙（new terahertz gap）”，横跨3-19太赫兹（terahertz）频率范围。由于莱斯大学的创新工作，以前没有得到充分利用的这部分频段，现在变成了金矿。

钛酸锶是关键

太赫兹间隙的挑战并非无关紧要；相反，它的潜在应用一直很诱人。但是问题是大多数材料，当面对来自这个频段的光线时，具有很强的吸收效应——从而使的这个频段的电磁波难以驾驭和利用。

钛酸锶，这种化合物来自锶和钛，具有非凡的能力：它将入射光转化为称为声子-极化子（phonon-polaritons）的粒子，这些粒子留在材料表面而不是被吸收。此外，由于其独特的量子并电性（quantum paraelectricity），钛酸锶在广泛的光谱中都具有这种特殊能力。这种特性确保其原子可以在不发生吸收效应的情况下有效捕获光线，为许多潜在应用奠定了基础。

解锁多种应用可能性

1.量子计算：未来量子计算机和设备的核心是量子材料，以其奇特的电子和磁性行为而闻名。通过利用钛酸锶的太赫兹间隙，研究人员有可能为在室温下有效运行的量子设备铺平道路。这将标志着一个重大飞跃，使量子技术更加实用，并使其更接近广泛的商业用途。

2.增强医疗诊断：人体是一个复杂的谜题，每个帮助解码它的工具都是无价的。更有效地检测生物分子中特定官能团的能力可以帮助早期和准确的疾病检测，有望获得更好的治疗效果。钛酸锶在这方面的潜力可以重塑医疗诊断技术，为身体的复杂工作提供更深入的见解。

3.制作新材料：通过利用钛酸锶装置的强电场来修改材料结构的能力将是开创性的。通过定制材料以使其具有特定的电子性能，可以为大量应用开发定制解决方案，从高效的太阳能电池板到自适应建筑材料。

4.先进的传感器技术：太赫兹间隙为更具选择性和更敏感的传感器带来了希望。从医学成像到环境监测，将提供检测微量特定分子的能力，这一领域的进步可以使我们的世界更安全、更健康、更广为人知。

5.光通信和光处理技术：随着我们越来越依赖光信号进行数据传输和处理，创建在3-19太赫兹范围内运行的设备的能力是非常宝贵的。这项研究促进可以下一代光学设备研发，承诺更快、更高效的通信系统。

另外，值得注意的是领衔这项研究的是博士生Rui Xu，来自Hanyu Zhu教授在美国莱斯大学的研究团队。

论文：“Phonon Polaritonics in Broad Terahertz Frequency Range with Quantum Paraelectric SrTiO3” by Rui Xu, Tong Lin, Jiaming Luo, Xiaotong Chen, Elizabeth R. Blackert, Alyssa R. Moon, Khalil M. JeBailey and Hanyu Zhu, 19 June 2023, Advanced Materials.