研究人員已經(jīng)成功地產(chǎn)生了強烈的光子發(fā)射，通過磁場和所研究材料中存在的電子密度在整個太赫茲（THz）頻率范圍內(nèi)可調(diào)諧。這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)可調(diào)諧激光源鋪平了道路，結(jié)構(gòu)緊湊，覆蓋整個頻率范圍。
由于太赫茲光譜和成像的巨大應(yīng)用潛力，開發(fā)覆蓋太赫茲領(lǐng)域的激光源的雄心已經(jīng)激勵了研究人員數(shù)十年。但即使在今天，位于電子學(xué)（微波）和光子學(xué)（中紅外）領(lǐng)域界面的這個頻率范圍內(nèi)的高效緊湊的光源和探測器也很少。在 50 年代末，有人提出了通過回旋共振在半導(dǎo)體中以可調(diào)諧（即可修改）方式產(chǎn)生這些太赫茲波的想法。
在經(jīng)典視覺中，回旋加速器共振與帶電粒子在受到磁場時在平面上產(chǎn)生的圓周和周期運動有關(guān)。然而，這個想法在不同的材料中進行測試后被放棄了。事實上，這個過程只對產(chǎn)生具有稀有物理系統(tǒng)的光子有效，其中磁性量子能級（稱為朗道能級）的能量不等距。當(dāng)這些能級的能量等距時，去激發(fā)確實不是輻射的，發(fā)射的光子立即被重新吸收。
石墨烯的發(fā)現(xiàn)，其電子激發(fā)的線性能帶結(jié)構(gòu)（稱為狄拉克費米子，因為相對論電子的同名理論也描述了它們）及其狄拉克費米子的朗道能級能量的非等距，重新喚起了人們對弱磁場可調(diào)諧的回旋加速器激光器的興趣。然而，事實證明，不幸的是，石墨烯的朗道水平的結(jié)構(gòu)仍然允許足夠的非輻射復(fù)合來排除回旋加速器的發(fā)射。事實上，到目前為止，還沒有觀察到回旋加速器的排放，盡管在這個方向上進行了深入研究。
石墨烯并不是唯一具有二維狄拉克費米子的材料。一個由幾個研究團隊組成的國際聯(lián)盟提出了一種替代結(jié)構(gòu)，作為創(chuàng)建未來回旋加速器激光器的現(xiàn)實候選者。這些是HgTe的量子阱，在結(jié)構(gòu)上接近拓?fù)湎嘧儯@種接近導(dǎo)致該系統(tǒng)中存在狄拉克費米子。
這些研究人員使用了一種獨特的朗道光譜實驗裝置，可在查爾斯庫侖實驗室（L2C，CNRS /蒙彼利埃大學(xué)）獲得，允許在非常低的能量下測量輻射光學(xué)躍遷。因此，他們能夠觀察到強烈的回旋加速器發(fā)射，通過磁場和電子密度在整個太赫茲頻率范圍內(nèi)通過電場控制進行調(diào)節(jié)。
這一發(fā)現(xiàn)使得設(shè)想開發(fā)具有恒定磁場的緊湊型激光源成為可能，并且僅通過調(diào)整柵極電壓即可在整個太赫茲光譜上可調(diào)諧。這些結(jié)果發(fā)表在Nature Photonics上。
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