수십 년에 걸친 지속적인 노력은 광학 소자의 효율을 향상시키고자 하며, 전자기파 스펙트럼 전반에 걸친 차세대 부품 개발을 위해서는 선구적인 접근이 필요함을 부각해 왔다. 광여기된 캐리어의 비선형 수송은 저 광자 에너지에서 반도체 내에서 핵심적이며, 이는 반도체 기술, 통신, 센싱 및 그 밖의 다양한 분야의 발전에 있어 중요하다. 본 연구에서는 테라헤르츠(THz) 전자기파를 이용하여 반고전적 볼츠만 수송(semiclassical Boltzmann transport) 영역을 넘어서는 강한 비선형 캐리어 수송에 의해, 밴드갭보다 수천 배 더 작은 에너지를 갖는 초저 임계치 레조넌스 모드 스위칭을 시연한다. 이는 나노스케일에서 정교하게 제작된 3차원 팁(tip) 구조를 사용함으로써 달성되었으며, THz 레조넌스 모드 스위칭에서 비선형 효과가 직접 관측된다. 나노팁 구조는 THz 장을 강하게 국소화하고 1만 배 이상 증폭시켜, 이러한 저강도 THz 전기장 조건에서 캐리어 증식(carrier multiplication) 현상을 최초로 관측하게 한다. 구체적인 계산으로 확인된 본 실험 결과는 새롭게 규명된 THz 전기장의 비선형 거동 및 나노스케일 구조와의 강한 상호작용을 조명하며, 양자 영역을 넘어서는 고도화된 THz 기술에 대한 잠재적 함의와 통찰을 제공한다.

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