據(jù)美國每日科學(xué)網(wǎng)站10月24日報道，美國科學(xué)家們成功地讓光子和拓?fù)?strong>絕緣體表面的電子相互耦合，并對這種耦合情況進(jìn)行了觀測，理論學(xué)家們此前曾預(yù)測過這類耦合，但這是科學(xué)家首次捕捉到這種耦合。發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志上的該研究，將有助于科學(xué)家們通過光來改變某些材料的電學(xué)屬性或制造出電學(xué)屬性可以被實(shí)時“調(diào)諧”的新材料。

此前，瑞士物理學(xué)家、1952年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者費(fèi)利克斯·布洛赫首次提出，電子在晶體內(nèi)會采用一種不斷重復(fù)的有規(guī)則的模式移動，移動模式受晶格周期性結(jié)構(gòu)的控制。光子是擁有獨(dú)特規(guī)則頻率的電磁波，它們同材料間的相互作用會導(dǎo)致弗洛凱狀態(tài)（以法國數(shù)學(xué)家加斯東·弗洛凱的名字命名）。因此，電子和光子相互“糾纏”就會生成一種在時間和空間上都具有周期性的量子—力學(xué)混合狀態(tài)，被稱為弗洛凱—布洛赫狀態(tài)。

在實(shí)驗(yàn)中，該研究的主要作者、麻省理工學(xué)院（MIT）物理學(xué)副教授努哈·戈迪科領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)朝一塊拓?fù)浣^緣體發(fā)射了中紅外激光飛秒（1000萬億分之一秒）脈沖，并使用他們專門制造出的高速照相設(shè)備——電子分光儀拍下了來自激光脈沖的光子同絕緣體表面的電子間的相互作用，從而首次證實(shí)了電子和光子間的弗洛凱—布洛赫狀態(tài)在晶體內(nèi)的存在。而且，他們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光子的偏振方向改變時，會有多種不同類型的混合狀態(tài)出現(xiàn)。

戈迪科說，最新研究表明，科學(xué)家們僅僅通過改變激光束的偏振方向，就可以對材料的電學(xué)屬性進(jìn)行修改，比如讓其從半導(dǎo)體變成導(dǎo)體。另外，在某些情況下，光能改變材料的行為，但只在光被材料吸收時才會發(fā)生，而在最新實(shí)驗(yàn)中，光沒有被材料吸收，因此在改變物質(zhì)屬性時并不會產(chǎn)生發(fā)熱等其他效應(yīng)。

戈迪科表示，或許他們還需要一段時間對其可能的應(yīng)用進(jìn)行評估。但他認(rèn)為，最新研究將有助于科學(xué)家們對材料進(jìn)行工程處理讓其具有某些特定的功能，“假如你想讓某種材料具有某種特征，比如導(dǎo)電或透明，目前我們需要使用化學(xué)方法做到這一點(diǎn)，但借用新方法，我們只需要用光照射物質(zhì)就可以做到。”最實(shí)用的一個例子是打開制造計算機(jī)芯片和太陽能電池材料的帶隙。

研究人員還表示，盡管實(shí)驗(yàn)中使用的是基本的拓?fù)?strong>絕緣體硒化鉍晶體，但這一方法或許也適用于石墨烯等其他材料。

新聞來源：http://www.cas.cn/xw/kjsm/gjdt/201310/t20131028_3963521.shtml