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為材料做“激光手術(shù)” 飛秒激光或?qū)椴牧蠈W(xué)帶來(lái)突破
2023-02-09 17:08:00化工儀器網(wǎng)閱讀量：406 我要評(píng)論
【化工機(jī)械設(shè)備網(wǎng) 技術(shù)前沿】材料是人類(lèi)生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然和改造自然的有力工具。而材料學(xué)的進(jìn)步一定程度上也影響著人類(lèi)文明的發(fā)展。近年來(lái)隨著人們?cè)诓牧涎芯可系牡牟粩嗤度?，材料學(xué)也收獲了巨大的發(fā)展，并且隨著新材料的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)材料的不斷進(jìn)步，人類(lèi)與自然的較互能力，人類(lèi)的生產(chǎn)力等都收獲了顯著的提高。
但與此同時(shí)，關(guān)于材料學(xué)的研究也一直在推進(jìn)，弗洛凱態(tài)便是其中之一。弗洛凱態(tài)的概念于20世紀(jì)初被提出。根據(jù)弗洛凱理論，當(dāng)一個(gè)量子系統(tǒng)被周期性驅(qū)動(dòng)時(shí)，會(huì)激發(fā)出弗洛凱準(zhǔn)粒子；如果采用兩種不同的模式同時(shí)驅(qū)動(dòng)，所產(chǎn)生的弗洛凱準(zhǔn)粒子間的相對(duì)相位可導(dǎo)致量子干涉效應(yīng)。而在近10年來(lái)，弗洛凱瞬時(shí)能帶和物性調(diào)控已經(jīng)發(fā)展成為國(guó)際上凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)的一個(gè)重要科學(xué)前沿，并且與許多熱門(mén)材料都有所聯(lián)系。此外，由于凝聚態(tài)體系中相關(guān)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展非常少，因此能否在半導(dǎo)體中實(shí)現(xiàn)能帶結(jié)構(gòu)的瞬時(shí)調(diào)控仍舊缺乏實(shí)驗(yàn)的證明。換言之，盡管弗洛凱態(tài)的概念很早就被提出，但是其研究還處于前期探索階段。
而飛秒激光或許能夠?yàn)橄嚓P(guān)的研究提供一定的幫助。飛秒激光指的是時(shí)域脈沖寬度在飛秒(毫微微秒，10的負(fù)15次方秒)量級(jí)的激光。不同于單色光，這種激光是在中心波長(zhǎng)左右的一段波長(zhǎng)連續(xù)變化光的組合，利用這段范圍內(nèi)連續(xù)波長(zhǎng)光的空間相干來(lái)獲得時(shí)間上極大的壓縮，從而實(shí)現(xiàn)飛秒量級(jí)的脈沖輸出。這也使得飛秒激光具備快速和高分辨率特性。簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，飛秒激光在未加工領(lǐng)域及如同一把精密的手術(shù)刀——事實(shí)上在醫(yī)療領(lǐng)域，飛秒激光也確實(shí)可以作為手術(shù)來(lái)進(jìn)行治療作用。目前，飛秒激光在材料學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境領(lǐng)域均展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。
就在最近，清華大學(xué)物理系周樹(shù)云教授研究組首次在半導(dǎo)體材料黑磷中實(shí)現(xiàn)弗洛凱瞬時(shí)能帶調(diào)控，并發(fā)現(xiàn)獨(dú)特的光學(xué)選擇定則，為調(diào)控材料性質(zhì)、開(kāi)發(fā)新型器件奠定了基礎(chǔ)。據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)利用脈沖激光，將時(shí)間精度控制到萬(wàn)億分之一秒，實(shí)現(xiàn)電子結(jié)構(gòu)和物理特性的測(cè)量和調(diào)控。而在相關(guān)的采訪報(bào)道中，該團(tuán)隊(duì)的參與者還提到“電子能帶結(jié)構(gòu)可以通俗地理解成材料的‘DNA’，決定了材料的各種屬性”，飛秒激光能做的便是“調(diào)控這些材料的‘DNA’，從而獲得想要的物質(zhì)”。
換言之，這項(xiàng)研究為未來(lái)新型、高速器件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用奠定重要的科學(xué)基礎(chǔ)，如果未來(lái)能夠?qū)w秒激光用于材料研發(fā)，很有可能由此獲得突破，催生出更具價(jià)值的材料。
本文參考資料來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
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