強！《自然》：強脈沖“改造”材料，可使窗戶變成鏡子和超高速計算機

想象一下，你可以很容易地將窗戶變為鏡子，或是不靠電子而靠光運行的超高速計算機。這些只是光學工程可能的一些潛在應用，光學工程是利用激光快速和臨時改變材料屬性的方法。

加州理工學院物理學教授David Hsieh說：“這些工具可以讓你在按下開關時改變材料的電子特性。但是這些技術一直受到激光器在材料中產生過多熱量的限制。”

在《自然》雜志的一項新研究中，研究團隊報告了在不產生多余熱量的情況下，成功地使用激光來大幅雕琢材料的特性。

科學家們還說他們找到了一種理想的材料來證明這種方法。這種材料是一種叫做錳磷三硫化物的半導體，它在普通的紅外頻率范圍內只吸收少量的光。在他們的實驗中，科學家使用強烈的紅外激光脈沖，每個脈沖持續約10-13秒，以迅速改變材料內部電子的能量。結果，該材料從高度不透明的狀態轉變為高度透明的狀態。

研究人員說，更關鍵的是，這個過程是可逆的。當激光關閉時，該材料立即回到其原始狀態，完全沒有受到影響。如果材料吸收了激光并發熱，這是不可能的，因為材料需要很長時間來散熱。新工藝中使用的無熱操作被稱為“相干光學工程”（Coherent Optical Engineering）。

（圖源David Hsieh Laboratory官網）

該方法之所以有效，是因為光改變了半導體中電子的能級差異，而沒有將電子本身踢到不同的能級。

科學家解釋，這就像你有一艘船，然后一個大浪襲來，船身劇烈搖晃，但不會使任何乘客跌倒。激光也一樣，它大力搖動材料的能級，改變了材料的特性，但電子卻保持原狀。

這些發現意味著其他研究人員有可能利用光來創造人工材料，例如奇特的量子磁鐵。

該研究論文題為"Giant modulation of optical nonlinearity by Floquet engineering"，已發表在《自然》期刊上。

前瞻經濟學人APP資訊組

論文原文：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04051-8

標簽： 強脈沖 超高速計算機 材料