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為材料做“激光手術” 飛秒激光或將為材料學帶來突破
2023年02月09日 11:32:54
來源：化工儀器網 作者：小王 點擊量：6141
材料是人類生活和生產的物質基礎，也是人類認識自然和改造自然的有力工具。而材料學的進步一定程度上也影響著人類文明的發展。近年來隨著人們在材料研究上的的不斷投入，材料學也收獲了巨大的發展，并且隨著新材料的不斷涌現，傳統材料的不斷進步，人類與自然的較互能力，人類的生產力等都收獲了顯著的提高。
【化工儀器網 行業百態】材料是人類生活和生產的物質基礎，也是人類認識自然和改造自然的有力工具。而材料學的進步一定程度上也影響著人類文明的發展。近年來隨著人們在材料研究上的的不斷投入，材料學也收獲了巨大的發展，并且隨著新材料的不斷涌現，傳統材料的不斷進步，人類與自然的較互能力，人類的生產力等都收獲了顯著的提高。
但與此同時，關于材料學的研究也一直在推進，弗洛凱態便是其中之一。弗洛凱態的概念于20世紀初被提出。根據弗洛凱理論，當一個量子系統被周期性驅動時，會激發出弗洛凱準粒子；如果采用兩種不同的模式同時驅動，所產生的弗洛凱準粒子間的相對相位可導致量子干涉效應。而在近10年來，弗洛凱瞬時能帶和物性調控已經發展成為國際上凝聚態物理和材料科學的一個重要科學前沿，并且與許多熱門材料都有所聯系。此外，由于凝聚態體系中相關的實驗進展非常少，因此能否在半導體中實現能帶結構的瞬時調控仍舊缺乏實驗的證明。換言之，盡管弗洛凱態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為相關的研究提供一定的幫助。飛秒激光指的是時域脈沖寬度在飛秒(毫微微秒，10的負15次方秒)量級的激光。不同于單色光，這種激光是在中心波長左右的一段波長連續變化光的組合，利用這段范圍內連續波長光的空間相干來獲得時間上極大的壓縮，從而實現飛秒量級的脈沖輸出。這也使得飛秒激光具備快速和高分辨率特性。簡單的來說，飛秒激光在未加工領域及如同一把精密的手術刀——事實上在醫療領域，飛秒激光也確實可以作為手術來進行治療作用。目前，飛秒激光在材料學、醫學、生物學、環境領域均展現了廣闊的應用前景。
就在最近，清華大學物理系周樹云教授研究組首次在半導體材料黑磷中實現弗洛凱瞬時能帶調控，并發現獨特的光學選擇定則，為調控材料性質、開發新型器件奠定了基礎。據悉，該團隊利用脈沖激光，將時間精度控制到萬億分之一秒，實現電子結構和物理特性的測量和調控。而在相關的采訪報道中，該團隊的參與者還提到“電子能帶結構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“調控這些材料的‘DNA’，從而獲得想要的物質”。
換言之，這項研究為未來新型、高速器件的開發和應用奠定重要的科學基礎，如果未來能夠將飛秒激光用于材料研發，很有可能由此獲得突破，催生出更具價值的材料。
本文參考資料來源：科技日報
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