阿秒凝聚态物理:见证一门新型交叉学科的兴起

作者: 孟胜研究员

来源: Chinese Physics Letters

发布日期: 2023-11-07 18:01:51

阿秒脉冲技术在超快科学和凝聚态物理中的应用和突破,以及其在材料科学、化学生物和信息成像等领域的潜力。

阿秒脉冲技术是本世纪激光技术及超快科学的⼀个重⼤突破,由于具有阿秒(1阿秒=10-18秒)和⽪⽶(1⽪⽶=10-12⽶)量级的超⾼时空分辨率,阿秒脉冲近年来已经成为在凝聚态物理、材料科学、化学⽣物、信息成像等领域开拓新应⽤、发现新现象的重要⼿段。

2023年诺⻉尔物理学奖被授予Pierre Agostini、Ferenc Krausz和Anne L’Huillier三位物理学家,以表彰他们在实现阿秒脉冲技术⽅⾯做出的贡献,强有⼒地彰显了这⼀重⼤突破的引领作⽤。

在凝聚态物理中,电⼦及各类准粒⼦的⾏为对材料性质总是起着⾄关重要的作⽤,成为解决当代凝聚物理⾯临的基础问题(⽐如对⾼温超导机制的理解、对固体内多体相互作⽤的精确量化,以及各类准粒⼦形成过程的动态描述和调控)的关键。因此,理解材料中电⼦和各种准粒⼦的超快动⼒学⾏为,并对其进⾏⾼时空分辨的测量和调控,继⽽实现对物质宏观特性的理解和应⽤,已成为当代凝聚态物理和材料科学的核⼼内容。

在这样的背景下,基于阿秒脉冲技术,在阿秒时间尺度下开展研究的超快凝聚态物理学⽅兴未艾,快速成为解决基础物理学、光电⼦和半导体器件、太阳能电池⼯业、甚⾄⽣命科学领域的基本问题的“杀⼿锏”。最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中⼼的孟胜研究团队综述了阿秒时间尺度下超快凝聚态物理学领域的最新进展。⽂章指出,这是⼀⻔刚刚兴起的、紧密融合超快激光技术和物质科学领域发展的新型交叉学科。

⽂章介绍了具有阿秒分辨率的先进光谱测量和成像技术,以及固体中电荷、激⼦和磁性相关的阿秒动⼒学的研究进展。⽂章强调固体中多体相互作⽤(包括电⼦关联、电⼦-空⽳相互作⽤、⾃旋轨道耦合和电声相互作⽤)在阿秒动⼒学中的重要影响,以及阿秒动⼒学在光电⼦器件和信息存储技术中的应⽤。最后对凝聚态阿秒动⼒学的发展前景做了进⼀步展望。

作为一个新兴的学科领域,阿秒尺度下的超快凝聚态物理学将为凝聚态物理乃⾄传统物质科学提供新的科学⻅解,也将为发展下⼀代颠覆性技术铺平道路。

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