太赫兹波位于红外光和微波之间，它的魅力在于具有电磁、光子和热等多重属性，被美国评为改变未来世界的十大技术之一，是未来6G通信的核心波段，并在医学成像、天文观测、环境监测、材料分析等军事和民用领域都具有广阔的应用前景。然而，太赫兹的研究难度十分大，现在的太赫兹光源要么庞大无比，要么就需要极低温环境，因此这些设备一直局限在实验室的应用环境中。芯片激光器已经征服了从紫外到红外的大部分电磁光谱，使技术从数字通信、条形码阅读器到激光指针和打印机都成为可能。但是，光谱中的一个关键区域仍未被驯服：太赫兹波段。工程师们渴望找到一种现成的太赫兹辐射源，这种辐射能穿透不透明物体并探测其内部的化学指纹。当电子落入半导体中的电子空位时，标准芯片激光器产生光子，而电子空位的组成决定了半导体的颜色。例如，氮化镓发射蓝光，而砷化镓发射红色。然而，没有半导体能发射太赫兹范围内的光子。年，美国电话电报公司贝尔实验室的研究人员发明了一种新的激光器，在这种激光器中，发射波长由半导体的结构（而不仅仅是其化学性质如带隙）决定，被称为量子级联激光器（QCL），它包含数百层精确厚度的半导体。注入到结构中的电子级联成数百个能量级，电子一步一步地通过结构，每级释放一个相干同频光子，这些光子能够到达远红外。在年，意大利和英国的研究人员创造了QCL激光器，发射太赫兹光子。但是长期以来，紧凑型太赫兹QCL激光器只能在超低温下工作，这个温度在年的纪录是K（零下73摄氏度）。到年，由苏黎世物理学家JérmeFaist领导的研究人员推出了一种太赫兹QCL激光器，它由数百层砷化镓和铝砷化镓（AlGaAs）交替层组成，工作温度为K（零下63摄氏度）。虽然这些紧凑型QCL激光器已经足够小，但是配套的低温冷却设备却十分庞大且昂贵，这使得紧凑型太赫兹激光器只能在实验室的环境中应用，并不便携。图1Hu团队在芯片上制造的太赫兹量子级联激光器现在，它已经突破了此限制。11月2日《Nature》子刊《NaturePhotonics》报道了麻省理工学院电气专家胡青（QingHu音译）团队制备的新型便携式紧凑太赫兹量子级联激光器（文章标题“High-powerportableterahertzlasersystems”）。他们在芯片上制造了一个米粒大小的太赫兹激光器，可以在K（零下23摄氏度）工作。看起来这个工作温度还是很低，但这样的温度已经可以用一个冰球大小的插入式冷却器来实现，这使得便携式、紧凑型太赫兹量子级联激光器终于可以离开实验室去应用了。意大利凝聚态物理学家MiriamVitiello称赞“这是一项伟大的成就”，“提高太赫兹激光器的温度一直是太赫兹领域研究的长期目标”，“这项成果使得现在可以做的应用太多了，从医学成像到机场爆炸物检测”。这项重要成果也同时被《Science》作为新闻报道。图2Hu等人报道太赫兹量子级联激光器制备过程胡青等人的这项工作基于年JérmeFaist报道的QCL激光器，并在理论和实验上作出重要改进。对于JérmeFaist报道的QCL激光器而言，在较高的温度下，电子不是一步一步地通过结构，而是直接跃过层间的势垒，导致致命的电子泄漏，从而激光器失效。为了解决这个问题，胡青等在AlGaAs势垒中添加了更多的铝，防止了电子相互作用导致的电子泄漏，更好地限制电子。
