麻省理工学院的研究团队近日开发出全球首台太赫兹显微镜，该设备能够观测超导体内部长期隐藏的量子尺度运动。

太赫兹辐射位于微波与红外线之间的电磁波段，其频率与材料内部的原子振动相匹配。然而，传统太赫兹技术因波长过长而难以应用于微观样品分析。麻省理工学院的研究人员通过创新设计，成功将太赫兹波压缩至微小聚焦点，克服了衍射极限的技术障碍。

该太赫兹显微镜采用自旋电子发射器技术，由多层超薄金属结构组成。当受到激光激发时，这些层内电子会产生精确的太赫兹脉冲。研究人员将样品置于发射器近场区域，在辐射扩散前完成探测，实现了纳米级分辨率的观测能力。

研究团队在测试中分析了铋锶钙铜氧化物的原子级薄层样品。材料被冷却至接近绝对零度后，通过太赫兹脉冲扫描显示出独特的场畸变现象。亚历山大·冯·霍根表示：“我们观察到太赫兹场发生显著变化，主脉冲后伴随微小振荡，这表明样品内部存在太赫兹辐射源。”

进一步分析确认，该信号源自超导电子形成的集体振荡。这些电子在材料内部表现为无阻力的超流体状态。努赫·盖迪克指出：“这种新型太赫兹显微镜让我们首次观测到超导电子的特殊运动模式。”这项发现验证了物理学界长期的理论预测。

除了基础研究价值，太赫兹显微镜技术对无线通信领域具有潜在影响。太赫兹频段能够支持比现有微波系统更快的数据传输速率。冯·霍根补充说：“当前通信技术正向太赫兹频率发展，这种显微镜可帮助研究太赫兹光与微型设备的相互作用机制。”

研究团队计划将太赫兹显微镜应用于更多二维材料的研究。许多量子激发过程都发生在太赫兹频率范围内，这项技术为科学家提供了前所未有的观测手段。相关研究成果已发表于《自然》学术期刊。