解决激光光谱学中区分单光激发和多光激发的问题
发布时间：2023-03-29 00:00:00.000Z
在这种新方法中，不同功率的激光脉冲（绿色）以这样的方式组合，可以区分出单激发（蓝色）、双激发（红色）和三激发（黄色），例如在生物采光复合物中。资料来源：乌尔兹堡大学的Julian Lüttig。
1960年第一台激光器的建造迎来了光的商业应用，它已成为我们日常生活中不可或缺的一部分。同时，这一发展开辟了激光光谱学的科学领域--这一技术是材料分析和基本物理现象研究的核心。
尽管取得了所有的成功，然而，自20世纪70年代以来，研究团队一直在努力解决这样一个问题：激光照射在一个样品上，每次实验不仅可以激发它一次，而且可以激发几次。在这种情况下，单次激发和多次激发的测量结果是重叠的，通常不能分开，这使得我们很难理解材料。
为了弥补这一点，激光功率通常被降低到这样的程度，即多次激发比单次激发更不可能。然而，它们不能被完全避免，因此会导致对数据的错误解释。即使多重激发本身是调查的对象，仍然很难区分两个、三个、四个，甚至更多的激发。
一个复杂的问题有一个简单的解决方案
来自维尔茨堡Julius-Maximilians大学（JMU）和渥太华大学（加拿大）的一个物理学家和物理化学家团队现在已经解决了这个几十年的问题。他们在本期的《自然》杂志上介绍了他们的方法。在维尔茨堡教授Tobias Brixner小组进行的实验中，研究人员使用了常见的 "瞬时吸收 "方法来追踪各种材料在百万分之一秒内发生的极快变化。
虽然标准方法使用单一的激光功率，但研究人员使用了几种不同的功率，并根据一个新推导的公式将数据结合起来。通过这种方式，他们能够系统地分离从单倍到六倍激发的效果。
"Brixner说："不久前，我还不认为这样的区分是可能的，""尤其是用这样一个简单的程序，任何光谱研究小组都可以实施和使用，不需要太多的额外努力。
然而，得出这个 "配方 "并不简单，需要进行深入分析。理论家和合作者渥太华大学的Jacob Krich教授解释说："光和物质的相互作用是如此丰富，我们已经证明了一个隐藏在其中的美丽结构。这种方法几乎适用于你想要研究的任何样品，这一事实真的让我们所有人都感到惊讶"。
从光合作用到材料科学的应用
这种新方法具有广泛的潜在应用。第一作者Pavel Malý，在研究时是Brixner的博士后，现在是布拉格查尔斯大学的研究员，他解释说："分离来自单次和多次激发的信号对具有密集光吸收体的大型系统特别有用，例如天然光合作用复合物或有机材料。"
在未来，作者计划扩展该方法，以阐明，例如，新型光伏材料中的能量传输。
参考信息
Pavel Malý et al, Separating single- from multi-particle dynamics in nonlinear spectroscopy, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05846-7
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