Nichtlineare Optik verändert die Frequenz von Licht und ermöglicht etwa Signalmischung oder die Erzeugung verschränkter Photonen. Herkömmliche Kristalle benötigen dafür oft lange Lichtwege. Ein internationales Team kombinierte stattdessen eine 595 Nanometer dicke GaAs/AlGaAs-Mehrfachquantenmulden-Struktur mit einem präzisen Feld aus Titandioxid-Nanosäulen.

Die asymmetrischen Quantenmulden erzeugten bei etwa 1,57 Mikrometern eine starke nichtlineare Antwort, deren geeignete Komponente aus dem freien Raum schwer erreichbar war. Die Metaoberfläche lenkte und verstärkte das Feld lokal; schon eine Neigung der Probe um 0,3 Grad brach die für die zweite Harmonische nötige Symmetrie.

Das Material allein erreichte eine nichtlineare Suszeptibilität zweiter Ordnung von 1,6 nm/V, die kombinierte Struktur effektiv etwa 14 nm/V. Das ist eine gemessene Eigenschaft einer bestimmten resonanten Probe, nicht der Wirkungsgrad eines vollständigen Geräts. Die Antwort beruht zudem auf einer schmalen Resonanz und wich bei höherer Leistung vermutlich durch Erwärmung leicht vom Ideal ab.

Mögliche Anwendungen sind kompakte Frequenzwandler, photonische Signalverarbeitung und Quellen für Quantenkommunikation. Zunächst müssen Bandbreite, Verluste, Fertigung und die Integration mit Quellen und Wellenleitern verbessert werden. Pilot-Chipdemonstrationen sind in 3–6 Jahren denkbar; eine zuverlässige Serienanwendung dürfte länger dauern.