飛秒激光或可改寫材料“基因”

  ICC訊 記者8日從清華大學獲悉，該校物理系周樹云教授研究組首次在半導體材料黑磷中實現(xiàn)弗洛凱瞬時能帶調控，并發(fā)現(xiàn)獨特的光學選擇定則，該成果為調控材料性質、開發(fā)新型器件奠定了基礎。相關研究論文發(fā)表在最新一期的《自然》雜志上。

  弗洛凱態(tài)的概念20世紀初被提出，近10年來，弗洛凱瞬時能帶和物性調控已經發(fā)展成為國際上凝聚態(tài)物理和材料科學的一個重要科學前沿，其中凝聚態(tài)體系中的實驗進展非常少，很多關鍵的科學問題，例如能否在具有電子和光電器件應用前景的半導體中實現(xiàn)能帶結構的瞬時調控，仍然有待實驗的證實。

  據(jù)了解，當前學界的研究主要聚焦在材料的平衡態(tài)特性，而對其非平衡態(tài)物理及超快動力學的研究尚處于發(fā)展階段。周樹云團隊利用脈沖激光，將時間精度控制到萬億分之一秒，邁出實現(xiàn)瞬時調控材料特性的重要一步。在超快時間尺度（皮秒甚至飛秒）上實現(xiàn)電子結構和物理特性的測量和調控，不僅能夠拓展非平衡態(tài)物理知識的前沿，還將為未來新型、高速器件的開發(fā)和應用奠定重要的科學基礎。

  在材料體系方面，該研究組巧妙地選取黑磷這個具有小帶隙、高遷移率的經典半導體材料。通過精細調節(jié)中紅外激發(fā)光源的光子能量，研究人員發(fā)現(xiàn)當光子能量與帶隙接近共振時，黑磷的電子結構從平衡態(tài)的拋物線形狀演化為在帶頂打開能隙的“墨西哥帽”形狀，并觀察到復制的弗洛凱邊帶。

  “我們研究的電子能帶結構可以通俗地理解成這些材料的‘DNA’，它決定了材料的各種屬性。”該工作的主要參與者之一、清華大學“水木學者”鮑昌華解釋道，“而我們所做的就是利用飛秒激光來調控這些材料的‘DNA’，從而獲得我們想要得到的一些性質?！?