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物理学家利用原子的振荡来控制相变

更新时间:2020-07-17 18:27点击:

“飞秒化学”的目标是用短闪光来拍摄和控制化学反应。利用连续的激光脉冲,可以精确地激发和打破原子键。到目前为止,这已经被证明是选定的分子。哥廷根大学和马克斯·普朗克生物物理化学研究所的研究人员现在已经成功地将这一原理转移到固体上,控制固体表面的晶体结构。研究结果发表在《自然》杂志上。

由Jan Gerrit Horstmann和Claus Ropers教授领导的研究小组在硅晶体上蒸发了一层极薄的铟,然后将晶体冷却到-220摄氏度。室温下,铟原子在表面形成导电金属链,但在如此低的温度下,它们会自发地重新排列成电绝缘的六边形。这个过程被称为金属和绝缘两相之间的过渡,可以通过激光脉冲进行切换。在他们的实验中,研究人员随后用两束短激光脉冲照亮了冷表面,然后立即用电子束观察了铟原子的排列。他们发现激光脉冲的节奏对表面转换成金属状态的效率有相当大的影响。

这种效应可以解释原子的振动表面上,作为第一作者1月Gerrit Horstmann解释道:“为了获得从一个状态到另一端,原子必须朝着不同的方向,从而克服一种山,类似于过山车。然而,单次激光脉冲是不够的,原子只是来回摆动。但就像摇摆运动一样,第二次脉冲在适当的时间可以给系统提供足够的能量,使过渡成为可能。”在他们的实验中,物理学家们观察到原子的几次振荡,这些振荡以不同的方式影响着转换。

他们的发现不仅有助于对快速结构变化的基本理解,而且也为表面物理学打开了新的视角。“我们的结果显示了在原子尺度上控制光能转换的新策略,”罗珀斯说,他来自哥廷根大学物理学院,同时也是马普生物物理化学研究所的主任。“利用激光脉冲序列有针对性地控制固体中的原子运动,也可能创造出以前无法获得的具有全新物理和化学性质的结构。”