西班牙巴塞罗那光子科学研究所(ICFO,)的Attoscience and Ultrafast Optics小组的研究人员发现了一种新的物质相,恰当地命名为“光物质混合物”,这是一项可能重塑我们对光如何与物质相互作用的理解的科学突破。发表在《自然通讯》上的这一发现不仅揭示了一种以前从未见过的材料状态,还为光伏、高功率电子等领域的潜在应用打开了大门。在混合材料中,材料的性能会根据脉冲光的强度而改变,在一种情况下,电阻会降至接近零。
这项威廉希尔官方网站 的核心是阿秒x射线吸收光谱,它使ICFO研究团队能够研究电子在短至十亿分之一秒(阿秒)的时间尺度上暴露于强大的红外辐射时的行为。这是通过经典的泵浦探针威廉希尔官方网站 实现的,其中红外激光脉冲将电子激发到高能态,随后x射线束在受控的时间延迟后探测激发的电子的能量分布。
领导该研究团队的物理学家、ICFO教授Jens Biegert说:“我们由此来测量高能态电子弛豫的速度。”通过在激发后的不同时间进行探测,他们可以完整地了解电子是如何以及何时回落到基态的。
“The strength of the light makes the difference as it modifies the material’s properties via the electrons.”
—Jens Biegert, ICFO, Barcelona
研究中使用的主要材料是石墨,选择石墨是因为其复杂的特性。但Biegert表示,将其应用范围扩展到广泛的材料而采用的测量威廉希尔官方网站 是通用的。唯一的要求是存在一个原子,其x射线吸收线被x射线探测器的光谱覆盖,这使得硅等元素成为探索的可行候选材料。
研究表明,通过改变红外光的强度,电子的性质与辐射功率相关。这种行为的偏差标志着物质进入了一个不同的阶段,称为“light-matter hybrid”。
Biegert解释道:“光的强度通过电子改变材料的性质,从而产生差异。”
在这种状态下,电子表现出比原始状态低几个数量级的电阻,类似于超导行为(https://spectrum.ieee.org/tag/superconductors)。虽然这项工作无法利用超导性,但它可能有助于更好地理解其中的机制。
这种轻物质混合态能持续多久是一个悬而未决的问题。但Beigert认为,有证据支持这样一种观点,即精心计时的脉冲序列可以显著延长时间尺度。这项威廉希尔官方网站 可能为光子集成电路或光学计算的发展开辟道路。
Biegert建议:“人们可以设想将这种快速变化作为计算的开关。或者想象一个电子元件,其中不仅电子是活性成分,而且材料也会发生变化。这将使电子元件同时具有不同的功能成为可能。”
Biegert认为,这项研究也与光伏领域有关,在光伏领域,了解材料内部的确切相互作用对于提高转换效率至关重要(https://spectrum.ieee.org/tag/photovoltaics)。他说:“不过,光伏威廉希尔官方网站 的一个问题是,我们并没有真正理解或控制材料内部的确切相互作用。”
例如,固体中光子的吸收导致从光场到原子的能量转移,这种转移发生在阿秒到皮秒甚至更长的时间内。利用这项威廉希尔官方网站 ,现在可以追踪光学激发材料后能量的重新分布。
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原文标题:X射线揭示物质的一个新阶段
文章出处:【微信号:IEEE_China,微信公众号:IEEE电气电子工程师】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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