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强!《自然》:强脉冲“改造”材料,可使窗户变成镜子和超高速计算机

前瞻网 2021-12-30 14:36

 

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想象一下,你可以很容易地将窗户变为镜子,或是不靠电子而靠光运行的超高速计算机。这些只是光学工程可能的一些潜在应用,光学工程是利用激光快速和临时改变材料属性的方法。

加州理工学院物理学教授David Hsieh说:“这些工具可以让你在按下开关时改变材料的电子特性。但是这些技术一直受到激光器在材料中产生过多热量的限制。”

在《自然》杂志的一项新研究中,研究团队报告了在不产生多余热量的情况下,成功地使用激光来大幅雕琢材料的特性。

科学家们还说他们找到了一种理想的材料来证明这种方法。这种材料是一种叫做锰磷三硫化物的半导体,它在普通的红外频率范围内只吸收少量的光。在他们的实验中,科学家使用强烈的红外激光脉冲,每个脉冲持续约10-13秒,以迅速改变材料内部电子的能量。结果,该材料从高度不透明的状态转变为高度透明的状态。

研究人员说,更关键的是,这个过程是可逆的。当激光关闭时,该材料立即回到其原始状态,完全没有受到影响。如果材料吸收了激光并发热,这是不可能的,因为材料需要很长时间来散热。新工艺中使用的无热操作被称为“相干光学工程”(Coherent Optical Engineering)。

强!《自然》:强脉冲“改造”材料,可使窗户变成镜子和超高速计算机_产经_前瞻经济学人

(图源David Hsieh Laboratory官网)

该方法之所以有效,是因为光改变了半导体中电子的能级差异,而没有将电子本身踢到不同的能级。

科学家解释,这就像你有一艘船,然后一个大浪袭来,船身剧烈摇晃,但不会使任何乘客跌倒。激光也一样,它大力摇动材料的能级,改变了材料的特性,但电子却保持原状。

这些发现意味着其他研究人员有可能利用光来创造人工材料,例如奇特的量子磁铁。

该研究论文题为'Giant modulation of optical nonlinearity by Floquet engineering',已发表在《自然》期刊上。

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责任编辑: 4162SKX

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