时间分辨泵浦探测超快光谱由于其独特的优势(如超高的时间分辨率、费米面以上激发态的观测、相干玻色子激发等),被广泛应用于研究各种凝聚态物理(和其它科学),包括高温超导、复杂相变、多自由度耦合、相干调控、激光诱导新量子态和隐态等。高压技术通过直接改变晶格常数来调节电子能带结构和自旋特性等,提供了一种独特、干净的调控手段,也成为凝聚态物理(和其它科学领域)研究的重要手段。
近年来,在上述丰富而深刻的基础科学需求的推动下,人们致力于将超快光谱和高压物理这两个领域结合起来,以研究高压条件下的超快动力学。研究挑战主要来自于实验仪器产生数据的可靠性。由于研究超快动力学的实验非常精细,压力变化也容易引起复杂的物理效应,保证仪器装置获取可靠精准的、有可比性的实验数据对于高压超快动力学这个交叉方向的开启和发展至关重要。
这对仪器装置提出两个关键要求:(1)技术层面——研制可靠精准的在线原位(on-site in situ)高压超快泵浦探测光谱实验装置,(2)标准层面——提出相应的标准描述,同行们在报道实验结果时最好明确是否为在线原位获得的实验数据,以保证学术交流中实验数据有可比性,从而从整体上提高数据的可靠性,减少不必要的人为误差甚至误导。
近期,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面物理国家重点实验室SF05组赵继民研究员及博士后吴艳玲、博士生加孜拉·哈赛恩和田珍耘与北京高压科学研究中心丁阳研究员及博士生尹霞合作,成功搭建了一套室温条件下工作的“在线原位(on-site in situ)”的高压超快泵浦探测光谱装置。
该仪器装置的搭建取得了重要突破:(1)技术方面,实现了on-site in situ技术,在整个实验过程中高压DAC不拿出光路,在光路中即可加压、调压、校压,完全避免了复位误差(repositioning fluctuation),最大程度保证了实验过程中样品不发生(控制在CCD监控微调误差范围以内的)移动或转动,避免了实验过程中不必要的人为误差,在实验数据的精准可靠性方面实现了最大化;(2)标准方面,提出了on-site in situ标准描述,如果在文章中明确DAC是否移出及放回了光路,则可在学术交流中提高实验数据的可比性,避免了不必要的对比误差和解读偏差。
总之,基于上述两方面仪器研发的突破,研究团队获得了室温下的可靠的幅值和寿命双方面的超快动力学信息,提供了足够丰富和全面的物性信息,为获得量子材料的高压超快动力学、进一步理解复杂相变和高压引起的激发态超快动力学特性提供了可靠的保障。
相关工作近期发表在Review of Scientific Instruments上,获得了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院创新交叉团队、中国科学院对外合作重点项目、中国科学院先导专项、北京市自然科学基金重点项目的支持。