钻石光学天线：科学家实现百万倍通讯信号增强

芝加哥大学普里兹克分子工程学院的研究人员开发了一种新型原子天线，利用钻石中的锗空位中心，实现了高达百万倍的光学能量增强。这一突破不仅在技术上取得飞跃，更为基础物理学的研究开辟了新的领域。

原子天线通过收集和集中光能，产生强烈的局部信号，使研究人员能够探究物质的基本构成。然而，由于固体材料中的原子会与环境相互作用，导致信号的相干性降低，因此一直难以实现固体中的原子天线的巨大强度增强。

Alex High博士，芝加哥大学普里兹克分子工程学院的助理教授，领导的研究团队通过使用钻石中的锗空位中心，成功克服了这一挑战。他们创造的光学能量增强达到了六个数量级，这是一个传统天线结构难以达到的领域。

这项技术的核心特点是，当电子在激发态和基态之间跃迁时，会产生振荡的电子偶极子，并集中相对巨大的能量。理论上，这使得固体中的原子光学偶极子成为出色的天线。

研究团队还发现，某些类型的色心（钻石和其他材料中的小缺陷，具有有趣的量子属性）可以免疫环境效应。这一发现为量子力学的光发射提供了研究机会。

Darrick Chang，西班牙巴塞罗那光子科学研究所的合著者表示，色心发射的光本质上是量子力学的，这使得考虑“量子光学天线”是否具有与经典光学天线不同的功能集和工作机制变得非常有趣。

这项技术不仅提供了更强的信号，还具有其他优势。与现有的单分子拉曼和FRET光谱学技术通过光照射增强信号不同，这项技术只需要纳瓦特级别的能量就能激活，这意味着在没有过度光照射造成的漂白、加热和背景荧光的情况下也能产生强信号。

High博士表示，这项技术的潜力在于它是一个通用特性，可以集成到广泛的系统中，并作为局部天线促进新过程的发展，这不仅有助于构建新设备，也有助于我们理解宇宙的工作原理。

参考资料：DOI： 10.1038/s41566-024-01456-5