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在金剛石晶格中，存在著特殊的缺陷，包括氮原子(白色)和缺失的碳原子。

      “超輻射”是指一個原子在以光的形式發出能量的同時引起大量附近的其他原子發出能量，從而產生短暫而強烈的閃光的現象。學術理論在幾十年前就預測了這種效應的存在，但要為其提供實驗證據卻非常困難。此前，這種現象只能通過自由原子(以及使用特殊對稱性)來研究。現在，維也納技術大學的研究人員通過將氮原子嵌入到可以與微波輻射耦合的微小鉆石中，首次在固態系統中實現了該現象。該研究結果于9月3日發表在了《自然物理》雜志上。

      根據量子物理定律，原子可以處于不同的狀態。“當原子吸收能量時，它就轉變為激發態。當它回到較低的能量狀態時，能量又以光子的形式釋放出來。這通常是隨機發生的。” 維也納技術大學原子與亞原子物理研究所研究小組組長Johannes Majer說。但如果幾個原子彼此靠近，就會產生一個有趣的量子效應：某一個原子隨機并自發地發射出一個光子，從而影響鄰近的所有其他處于激發態的原子。大多數原子在同一時刻釋放多余的能量，產生強烈的量子光。這種現象就被稱為“超輻射”。

      文章的第一作者Andreas Angerer 說道：“不幸的是，我們無法通過普通原子直接觀察到這種效應。只有把所有的原子放在一個比光子波長小得多的區域里，才有可能產生超輻射。”

      Majer和他的團隊通過多年研究發現了解決這個問題的量子系統：內置缺陷的微小鉆石。普通的鉆石是由一個規則的碳原子網格構成的，而Majer在實驗室的鉆石中故意加入了晶格缺陷。在鉆石內的某些點上，他們用氮原子替換了碳原子，這樣其相鄰的碳晶格就是空缺的。

      這些金剛石缺陷就像普通原子一樣，也可以進入激發態。當多數金剛石缺陷轉變為激發態時，通常需要數小時才能恢復到較低的能量狀態。但是，在超輻射效應中，從第一個自發的光子發出到引起其他缺陷點發出能量的整個過程僅有100納秒左右。

      超輻射的基本原理與激光相同——都由一個受激發的光子發射，然后由光子撞擊能量激發的原子所觸發。然而，這是兩個完全不同的現象：在激光中，需要大量光子不斷地刺激新的原子。在超輻射中，只需單光子就能觸發。

      Johannes Majer 補充道：“從量子物理學的角度來看，超輻射更吸引人。量子效應研究是現在的熱點，其中粒子糾纏更是重點。超輻射就是其中之一。我預計這將帶來一些新的東西，在未來幾十年，我們可能會出現量子技術2.0。”