英国巴斯大学的物理学研究人员发现了一种与光和扭曲材料之间的相互作用有关的新的物理效应--这种效应很可能对通信、纳米机器人和超薄光学元件方面的新兴纳米技术产生影响。

在17和18世纪，意大利工匠大师安东尼奥-斯特拉迪瓦里生产了具有传奇色彩的乐器，最著名的是他的（所谓）斯特拉迪瓦里小提琴。使这些乐器的音乐输出既美丽又独特的是它们特殊的音色，也被称为音色或音质。所有的乐器都有音色--当一个音符（频率为fs的声音）被演奏时，乐器会产生谐波（频率是初始频率的整数倍，即2fs、3fs、4fs、5fs、6fs等）。

同样，当某种颜色的光（频率为fc）照射在材料上时，这些材料可以产生谐波（光的频率为2fc、3fc、4fc、5fc、6fc，等等）。光的谐波揭示了复杂的材料特性，在医学成像、通信和激光技术中找到了应用。

例如，几乎所有的绿色激光指示器实际上都是红外激光指示器，其光是人眼所看不见的。我们看到的绿光实际上是红外激光笔的二次谐波（2fc），它是由指针内的一个特殊晶体产生的。

在乐器和闪亮的材料中，有些频率是 "被禁止的"--也就是说，它们不能被听到或看到，因为乐器或材料主动取消了这些频率。因为单簧管有一个笔直的圆柱形，它抑制所有的偶数谐波（2fs、4fs、6fs等），只产生奇数谐波（3fs、5fs、7fs等）。相比之下，萨克斯风有一个圆锥形和弯曲的形状，它允许所有的谐波，结果是更丰富、更平滑的声音。有点类似的是，当一种特定类型的光（圆偏振）照在分散在液体中的金属纳米粒子上时，光的奇数谐波不能沿着光的传播方向传播，相应的颜色也被禁止。

现在，由巴斯大学物理系的研究人员领导的一个国际科学家团队已经找到了一种方法来揭示被禁止的颜色，相当于发现了一种新的物理效应。为了实现这一结果，他们 "弯曲 "了他们的实验设备。

领导这项研究的Ventsislav Valev教授说:"42年前，一位年轻的博士生--大卫-安德鲁斯首次提出了通过光的偶次谐波揭示纳米粒子或分子的扭曲这一想法。大卫认为他的理论太难以捉摸，无法在实验中得到验证，但是，两年前，我们证明了这一现象。现在，我们发现在光的奇数谐波中也可以观察到纳米粒子的扭曲。尤其令人欣慰的是，相关的理论是由我们的合著者和如今的知名教授--大卫-安德鲁斯提供的。"

以音乐为例，到目前为止，研究水中扭曲分子（DNA、氨基酸、蛋白质、糖类等）和纳米粒子--生命的元素--的科学家们都是以给定的频率照射它们，并观察到该相同的频率或其噪音（非谐波部分泛音）。我们的研究开启了对这些扭曲的分子的谐波特征的研究。因此，我们可以首次欣赏它们的“音色”。

从实用的角度来看，我们的结果提供了一个直接的、用户友好的实验方法，以实现对光和扭曲材料之间相互作用的空前理解。这种相互作用是通信、纳米机器人和超薄光学元件等新兴纳米技术的核心。例如，纳米粒子的 "扭曲 "可以决定信息比特的价值（对于左手或右手的扭曲）。它也存在于纳米机器人的推进器中，并能影响激光束的传播方向。此外，我们的方法适用于微小体积的照明，适合于分析有希望成为新药的天然化学产品，但可用的材料往往很少。

同样参与这项研究的博士生Lukas Ohnoutek说：“我们非常接近错过这一发现。我们最初的设备没有'调好'，所以我们一直没有看到第三谐波的情况。我开始失去希望，但我们开了个会，确定了潜在的问题，并对它们进行了系统的调查，直到我们发现问题。体验科学方法的工作是非常美妙的，尤其是当它导致科学发现的时候！"