哥廷根物理学家首次成功拍摄到激光束下的晶体结构转化

2021-01-26 14:32

激光束可以用来以极其精确的方式改变材料的特性。这一原理已经广泛应用于可重写DVD等技术中。然而，其基础过程一般都是以如此难以想象的速度和如此小的尺度进行的，以至于迄今为止还没有被直接观察到。

来自于哥廷根大学和位于哥廷根的马克斯－普朗克生物物理化学研究所（MPI）的研究人员现在已经成功地首次在电子显微镜中拍摄到了具有纳米分辨率和缓慢运动的晶体结构的激光转化过程。该成果已发表在《科学》杂志上。

该团队包括Thomas Danz和Claus Ropers教授，他们利用了一种由硫和钽原子的原子薄层构成的材料的不同寻常的特性。在室温下，其晶体结构被扭曲成微小的波浪状结构－－形成＂电荷密度波＂。在较高温度下，会发生相变，原来的微观波突然消失。导电性也会发生巨大变化，这对于纳米电子学来说是一个有趣的效应。在实验中，研究人员用短激光脉冲诱导了这种相变，并记录了电荷密度波反应的薄膜。

来自哥廷根大学的第一作者Thomas Danz解释道：＂我们观察到的是材料被切换到下一个相位的微小区域的快速形成和生长。哥廷根开发的超快透射电子显微镜为这种成像提供了当今世界上最高的时间分辨率。＂

该实验的特殊性在于一种新开发的成像技术，它对这种相变中观察到的特殊变化特别敏感。哥廷根物理学家用它拍摄的图像完全是晶体波动散射下的电子集合。他们的尖端方法使研究人员能够从根本上洞察到光诱导的结构变化。

哥廷根大学纳米光学和超快动力学的领导者和生物物理化学MPI的主任Claus Ropers教授说：＂我们已经能够将我们的成像技术转移到其他晶体结构上。通过这种方式，我们不仅回答了固态物理学中的基本问题，还为未来智能纳米电子中的光学开关材料开辟了新的前景。＂