新型超快光学探头可为太赫兹电子学铺平道路

在固体材料的世界中,有一个属性几乎决定了它们的所有行为:带隙。这是最高占据电子态(价带)和最低空态(导带)之间微小但关键的能量差。带隙决定了材料是绝缘体、导体还是……新的超快光学探针可以为太赫兹电子学铺平道路,该文章首先出现在 Knowridge Science Report 上。

来源:Knowridge科学报告
固体极紫外高次谐波干涉测量示意图。图片来源:MBI / Peter Jürgens-Goltermann 博士。

在固体材料的世界中,有一个属性几乎决定了它们的所有行为:带隙。

这是最高占据电子态(价带)和最低空态(导带)之间微小但关键的能量差。

带隙决定材料是绝缘体、导体还是半导体,并决定材料如何与光和电相互作用。

但带隙不是固定的。当材料受到强光(例如强激光脉冲)照射时,其带隙会暂时缩小或扩大。

跟踪这些超快的变化长期以来一直是一个挑战,因为这些动作发生在难以想象的小时间尺度上——只有飞秒,或者十亿分之一秒的百万分之一。

几十年来,科学家们缺乏一种直接的方法来实时观察这些转瞬即逝的变化。

现在,来自柏林 Max-Born 研究所、阿姆斯特丹 ARCNL 和奥尔胡斯大学的国际研究团队开发了一种强大的新方法来捕获运动中的带隙。

强大的新方法

他们最近发表的研究结果表明,极紫外 (XUV) 高次谐波干涉测量法(一种使用精确定时的激光脉冲的技术)可以为了解这些快速电子过程提供一个窗口。

科学家们使用了成对的锁相近红外激光脉冲,这意味着它们完全同步。

当这些脉冲撞击二氧化硅玻璃 (SiO2) 和氧化镁 (MgO) 等绝缘固体时,它们会产生高次谐波 - 特殊的极紫外光爆发。

通过分析发射光中的微妙干涉图案,团队可以看到带隙在激光的影响下如何变化。

结果是惊人的。在二氧化硅中,带隙暂时缩小,而在氧化镁中,带隙变宽。

其影响是深远的。