上海交通大學(xué)張文濤研究組與張杰、向?qū)а芯繄F(tuán)隊(duì)合作以“Optical manipulation of electronic dimensionality in a quantum material”為題在《Nature》發(fā)表突破性的研究成果：利用飛秒激光操控量子材料，在三維材料中實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)二維長程有序電子態(tài)，并在所形成的二維電子態(tài)中發(fā)現(xiàn)存在光致超導(dǎo)的跡象。 U#7#aeI  
yM6pd U]i  
二維電子態(tài)中存在眾多奇異的量子現(xiàn)象，如量子霍爾效應(yīng)（1985年諾貝爾物理獎(jiǎng)）、石墨烯中的狄拉克電子態(tài)（2010年諾貝爾物理獎(jiǎng)）和超導(dǎo)增強(qiáng)等。這些二維電子態(tài)通常通過機(jī)械剝離、人工異質(zhì)結(jié)、分子束外延生長等方法制造人工結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)；本研究提出并實(shí)現(xiàn)了在量子材料中利用超快激光調(diào)控產(chǎn)生二維電子態(tài)的新方法。該方法利用在特定激光強(qiáng)度下激發(fā)相干電子—聲子相互作用所引起的材料晶格宏觀周期性畸變，結(jié)合激光在材料中由于穿透深度引起的強(qiáng)度分布，從而導(dǎo)致這種晶格畸變在材料中分層出現(xiàn)并在晶格畸變層與原始層之間實(shí)現(xiàn)了一種長程有序的二維電子態(tài)。 Ea=8}6`s  
V@.Ior}w  
>jDDQ@  
該論文對1T-TiSe2這一傳統(tǒng)的三維電荷密度波材料進(jìn)行了高分辨的超快激光操控研究。通過時(shí)間分辨角分辨光電子能譜的測量，發(fā)現(xiàn)隨著激光泵浦能量的增加，電子態(tài)的線寬在特定泵浦能量下會(huì)出現(xiàn)交替減弱的反常現(xiàn)象。這種奇特的現(xiàn)象只有在電子維度從三維退變成二維才能得到合理的解釋。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，超快電子結(jié)構(gòu)在高激發(fā)密度下表現(xiàn)出非簡諧振蕩現(xiàn)象，意味著強(qiáng)激光作用可引起晶格畸變反轉(zhuǎn)，從而可在晶格畸變反轉(zhuǎn)區(qū)與非反轉(zhuǎn)區(qū)形成二維電子結(jié)構(gòu)。通過高分辨兆伏特超快電子衍射實(shí)驗(yàn)，觀察到了代表周期晶格畸變的超晶格峰在強(qiáng)激光泵浦作用下先消失再出現(xiàn)的特征，為激光作用下晶格畸變反轉(zhuǎn)的存在提供了確定性證據(jù)。超快電子結(jié)構(gòu)和超快電子衍射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與含時(shí)的、空間分布的Ginzburg-Landau雙勢阱模型模擬計(jì)算結(jié)果吻合，證實(shí)飛秒激光誘導(dǎo)晶格畸變反轉(zhuǎn)可在三維材料中實(shí)現(xiàn)二維電子態(tài)。通過時(shí)間分辨角分辨光電子能譜測量，在該二維電子結(jié)構(gòu)中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)電子態(tài)密度的增加和存在能隙的跡象，表明有可能出現(xiàn)光致非平衡高溫超導(dǎo)現(xiàn)象。這些發(fā)現(xiàn)首次展現(xiàn)了利用超快激光實(shí)現(xiàn)對電子態(tài)維度的調(diào)控，并產(chǎn)生奇異的量子現(xiàn)象。 ~TF: