超快激光能够在室温下操纵电荷密度波中的极性顺序
发布时间:2025-01-24 09:38:08 阅读数: 45
EuTe4中极性电子态的光处理示意图。来源:《自然通讯》(Nature Communications), 2024年出版。DOI: 10.1038/s41467-024- 5323 -0
在探索材料科学的奇妙世界中,科学家们近日取得了一项令人瞩目的成就——他们发现了一种新方法,能够在室温下利用超快激光操纵一种名为EuTe4的特殊材料的电子极态。这项研究成果被发表在2024年10月16日的《自然通讯》杂志上,题为“电荷密度波中极性顺序的室温非挥发性光学操纵”。
EuTe4是一种非常特别的半导体材料,它在2019年由董武首次发现。这种材料之所以引人注目,是因为它的晶体结构中形成了规则的Te三聚体,这使得它在室温下就展现出了面内极化的特性。想象一下,就像是一块块精心排列的磁铁,EuTe4的Te层之间通过极化作用相互连接,形成了一种独特的超晶格结构。
科学家们利用超快激光这一高科技手段,对EuTe4进行了深入研究。他们发现,当用800纳米的超快激光脉冲照射这种材料时,竟然能够在室温下观察到其二次谐波(SHG)信号和电阻发生可逆且非挥发性的变化。这意味着,一旦激光对材料进行了“写入”操作,即使激光关闭,材料的状态也会保持不变,直到再次受到激光的“擦除”或“重写”。
实验中,科学家们发现了两种截然不同的激励机制。在较弱的激光脉冲下(脉冲通量在1.5至2.5毫焦/平方厘米之间),材料表现出一种迟滞效应,即SHG强度和电阻会发生非挥发性的变化,但变化程度相对较小。而当激光脉冲功率增强(脉冲通量达到4-5毫焦/平方厘米时),则会产生一种全新的非易失性状态。在这种状态下,SHG信号消失,但电阻却大幅增加。更有趣的是,如果用一串脉冲照射材料,还会诱导出一个具有低电阻和独特SHG模式的新极态。
这些奇妙的变化背后,隐藏着材料内部极化反转的奥秘。科学家们推测,观察到的光致变化实际上是Te层中极化发生可逆反转的结果。这种行为就像一个开关,可以在两种极化状态之间切换。在较弱的影响下,材料会克服一个较浅的势垒,返回到极化较强的状态;而在较强的影响下,则会激发出一个新的、极化较弱的状态。
此外,由于EuTe4的层状结构,它还表现出潜在的多极相特性。这意味着,整体极性取决于Te层的相对堆叠顺序。科学家们基于晶体学模型推测,可能存在一种具有反转对称性的反极性相。这一发现为理解材料的复杂行为提供了新的视角。
这项研究不仅揭示了超快激光在操纵材料电子极态方面的巨大潜力,还为未来开发新型电子器件、传感器以及数据存储技术等提供了理论基础和实验依据。随着科学技术的不断进步,我们有理由相信,这些看似遥远的科学发现终将走进我们的日常生活,为人类社会带来更加便捷、高效的技术革新。