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2021-11-14 20:19 |
量子材料光誘導(dǎo)新奇物理效應(yīng)
在二維材料和拓?fù)洳牧系攘孔硬牧系难芯恐校夂臀镔|(zhì)的相互作用起著重要的作用。它不僅是研究材料處于平衡態(tài)時(shí)的物理特性的重要探測(cè)手段，更為重要的是，脈沖激光激發(fā)還可以作為一種物態(tài)調(diào)控新手段。利用光激發(fā)可誘導(dǎo)或“衍生”出平衡態(tài)所不具有的新奇物態(tài)，進(jìn)而在超快（皮秒甚至飛秒）時(shí)間尺度上實(shí)現(xiàn)量子材料的物性調(diào)控。近期，清華大學(xué)物理系周樹(shù)云教授及合作者受邀撰寫(xiě)量子材料中光誘導(dǎo)的新奇物理效應(yīng)的綜述文章，評(píng)述該領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展及實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn)，并展望該研究領(lǐng)域的重要發(fā)展機(jī)遇。 0 D3+R1>_D
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近十年來(lái)，二維材料和拓?fù)洳牧系难芯坎粌H得到了快速的發(fā)展，而且對(duì)其物理特性的研究及物態(tài)的調(diào)控逐漸從平衡態(tài)（穩(wěn)態(tài)）拓展到非平衡態(tài)（瞬態(tài)）。這個(gè)領(lǐng)域的快速發(fā)展一方面得益于高質(zhì)量二維材料及異質(zhì)結(jié)的制備、拓?fù)湫虏牧系陌l(fā)現(xiàn)及對(duì)光與物質(zhì)相互作用物理機(jī)制的理解，另一方面也與基于泵浦-探測(cè)手段的多種超快時(shí)間分辨實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展密不可分。尤其是超快時(shí)間分辨角分辨光電子能譜(TrARPES)、超快時(shí)間分辨X射線衍射(TrXRD)、超快電子衍射(UED)、超快光學(xué)和超快時(shí)間分辨輸運(yùn)等前沿實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展使得瞬態(tài)電子結(jié)構(gòu)、晶格結(jié)構(gòu)和物性的探測(cè)成為可能，從而為在超快時(shí)間尺度上捕捉非平衡態(tài)動(dòng)力學(xué)及實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)物態(tài)調(diào)控提供了前所未有的機(jī)會(huì)。 WFB|lNf&
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光和物質(zhì)的相互作用可在二維材料和拓?fù)洳牧现姓T導(dǎo)出諸多新奇物理效應(yīng)（見(jiàn)圖1）。利用光具有的周期性電場(chǎng)的特點(diǎn)，通過(guò)光與物質(zhì)的相互作用，人們可以瞬態(tài)調(diào)控其電子結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱弗洛凱工程，F(xiàn)loquet engineering），進(jìn)而改變其拓?fù)涮匦�；或者在原本非拓�(fù)涞牟牧现姓T導(dǎo)出瞬態(tài)拓?fù)鋺B(tài)（圖1a）。通過(guò)光與量子材料中多種準(zhǔn)粒子自由度的耦合，進(jìn)而改變其能量景貌，可以誘導(dǎo)出瞬態(tài)相變，例如光誘導(dǎo)的超導(dǎo)和電荷密度波等新奇物態(tài)（圖1b）。光和物質(zhì)的相互作用還可以用來(lái)探測(cè)和操控材料中的贗自旋和谷等各種量子自由度（圖1c），為未來(lái)電子器件的發(fā)展提供新的思路。此外，光和物質(zhì)的相互作用也成為了探測(cè)材料拓?fù)湫再|(zhì)的強(qiáng)有力方法，其與材料拓?fù)湎辔坏鸟詈峡僧a(chǎn)生新奇的光學(xué)線性和非線性響應(yīng)（圖1d）。 N
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