为材料做“激光手术” 飞秒激光或将为材料学带来突破
2023-02-09 17:08:00化工仪器网阅读量：417 我要评论
【化工机械设备网 技术前沿】材料是人类生活和生产的物质基础，也是人类认识自然和改造自然的有力工具。而材料学的进步一定程度上也影响着人类文明的发展。近年来随着人们在材料研究上的的不断投入，材料学也收获了巨大的发展，并且随着新材料的不断涌现，传统材料的不断进步，人类与自然的较互能力，人类的生产力等都收获了显著的提高。
但与此同时，关于材料学的研究也一直在推进，弗洛凯态便是其中之一。弗洛凯态的概念于20世纪初被提出。根据弗洛凯理论，当一个量子系统被周期性驱动时，会激发出弗洛凯准粒子；如果采用两种不同的模式同时驱动，所产生的弗洛凯准粒子间的相对相位可导致量子干涉效应。而在近10年来，弗洛凯瞬时能带和物性调控已经发展成为国际上凝聚态物理和材料科学的一个重要科学前沿，并且与许多热门材料都有所联系。此外，由于凝聚态体系中相关的实验进展非常少，因此能否在半导体中实现能带结构的瞬时调控仍旧缺乏实验的证明。换言之，尽管弗洛凯态的概念很早就被提出，但是其研究还处于前期探索阶段。
而飞秒激光或许能够为相关的研究提供一定的帮助。飞秒激光指的是时域脉冲宽度在飞秒(毫微微秒，10的负15次方秒)量级的激光。不同于单色光，这种激光是在中心波长左右的一段波长连续变化光的组合，利用这段范围内连续波长光的空间相干来获得时间上极大的压缩，从而实现飞秒量级的脉冲输出。这也使得飞秒激光具备快速和高分辨率特性。简单的来说，飞秒激光在未加工领域及如同一把精密的手术刀——事实上在医疗领域，飞秒激光也确实可以作为手术来进行治疗作用。目前，飞秒激光在材料学、医学、生物学、环境领域均展现了广阔的应用前景。
就在最近，清华大学物理系周树云教授研究组首次在半导体材料黑磷中实现弗洛凯瞬时能带调控，并发现独特的光学选择定则，为调控材料性质、开发新型器件奠定了基础。据悉，该团队利用脉冲激光，将时间精度控制到万亿分之一秒，实现电子结构和物理特性的测量和调控。而在相关的采访报道中，该团队的参与者还提到“电子能带结构可以通俗地理解成材料的‘DNA’，决定了材料的各种属性”，飞秒激光能做的便是“调控这些材料的‘DNA’，从而获得想要的物质”。
换言之，这项研究为未来新型、高速器件的开发和应用奠定重要的科学基础，如果未来能够将飞秒激光用于材料研发，很有可能由此获得突破，催生出更具价值的材料。
本文参考资料来源：科技日报
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