在强相关系统中，由几飞秒脉冲(橙色曲线)触发的金属-绝缘体相变在不到1飞秒的时间内发生，并导致态密度的剧烈变化。图片来源:MBI: Olga Smirnova / Universit?t汉堡:Alexander Lichtenstein
研究人员开发了一种新的光谱学方法来研究超快过程Ngly相关材料，实现亚飞秒分辨率。
来自欧洲自由电子实验室的一个国际研究小组，与来自柏林马克斯波恩研究所、柏林和汉堡大学、东京大学、日本国家先进工业科学技术研究所(aiST)、荷兰内梅亨大学、伦敦帝国理工学院和汉堡超快成像中心的同事一起，提出了强相关固体的超快多维光谱的新思路。这项研究将发表在今天(1月24日)的《自然光子学》杂志上。
探索Stro纯相关固体
“强相关固体是复杂而迷人的量子系统，其中经常出现新的电子状态，特别是当它们与光相互作用时，”汉堡大学和Eu-XFEL的亚历山大·利希滕斯坦说。强相关材料，包括高温超导体、某些类型的磁性材料和扭曲量子材料等，都挑战了我们对微观世界的基本理解，并为从材料科学到信息处理再到医学等许多令人兴奋的应用提供了机会:例如，超导体被用于MRI扫描仪。
这就是为什么理解在强相关材料中产生的不同电子态的层次和相互作用是非常重要的。同时，它挑战了我们的实验和理论工具，因为这些状态之间的转换通常与相变有关。相变是一种从一个阶段到下一个阶段并不顺利发展的转变，但可能会突然而迅速地发生，特别是当材料与光相互作用时。
在这种转变过程中，电荷和能量的流动途径是什么?它发生得有多快?光可以用来控制它并塑造电子的相关性吗?光能使材料进入一种通常情况下材料不会处于的状态吗?这些类型的问题可以用强大而敏感的设备来解决，比如x射线激光器，比如位于汉堡附近的Schenefeld的欧洲XFEL，以及阿秒科学的现代光学工具(1阿秒=10-18秒或十亿分之一秒)。在一阿秒内，光的传播速度还不到百万分之一毫米。
光谱学的创新
在他们的工作中，国际团队现在提出了一种全新的方法，可以监测和破译由短激光脉冲照射强相关系统引发的超快电荷运动。他们开发了一种超高速多维光谱学的变体，利用阿秒控制多种颜色的光如何叠加形成超短激光脉冲。该光谱提供的亚周期时间分辨率显示了不同电子构型之间复杂的相互作用，并证明了从金属态到绝缘态的相变可以在不到一飞秒的时间内发生，即不到一千万亿分之一秒的时间。
来自Max Born研究所和柏林工业大学的Olga Smirnova是汉堡超快成像中心Mildred Dresselhaus奖的获得者，他说:“我们的研究结果开辟了一种研究和具体影响强相关材料超快过程的方法，超越了以前的方法。因此，我们开发了一种关键工具，可以在相关固体中获得新的超快现象。”
参考文献:“强相关材料的亚周期多维光谱”，2024年1月24日，《自然光子学》。DOI: 10.1038 / s41566 - 023 - 01371 - 1
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