一组物理学家观察电子被光包裹

自古以来，人类就试图通过组合不同的物质来定制材料。想象一下这样一个世界，只需将材料特性照射到材料上，就可以根据需要灵活地改变材料属性。来自欧洲各地的一组物理学家现在已经朝着这一目标迈出了决定性的一步，将电子与光一起包裹在固体中。

该团队包括来自雷根斯堡大学和马尔堡大学，汉堡马克斯普朗克物质结构与动力学研究所，瑞士维利根的保罗谢勒研究所等研究人员，他们首次观察到被称为弗洛凯带的奇异状态如何在晶体中出现。这一发现已发表在《自然》杂志上，可能会彻底改变我们对材料特性的看法。

“新材料特性的发现通常取决于我们控制材料化学成分的能力，”马尔堡物理学家Ulrich Höfer教授说，他是该论文的主要作者，也是雷根斯堡大学的兼职教授。“对材料属性的纯光学处理可以通过按需启用新功能将物理学带入一个新时代。

该团队使用角度分辨光发射光谱法研究了拓扑绝缘体碲化铋的表面电子。在这种材料中，电子可以长时间弹道移动而不会散射。通过使用强光脉冲，研究人员可以周期性地驱动这些电子通过晶体。

这导致了奇异的量子效应，导致电子不仅具有一种固定的能量态，而且具有许多由驱动光子能量均匀间隔的能量状态。这些所谓的Floquet带是电子和光之间的混合体。“然而，直到现在，这种状态的动态特性仍然难以捉摸，”雷根斯堡物理学家Rupert Huber教授解释说，他是另一位主要作者。

该团队的测量远远超出了迄今为止使用该技术所能达到的极限。他们设法拍摄了移动电子的实际视频，其时间分辨率优于电磁载流子光波的单个振荡周期。结果，他们做出了一个意想不到的发现：“令人惊讶的是，Floquet 波段已经在单个光学周期后形成，”该出版物的第一作者 Suguru Ito 博士说。我们的实验开辟了可视化大量瞬态量子态的可能性，“Huber补充道。“这为量身定制的量子功能和超快电子产品铺平了道路。

实验结果得到了瑞士维利根Paul Scherrer研究所的Michael Schüler博士和德国汉堡马克斯普朗克物质结构与动力学研究所的Michael Sentef博士提供的理论模型的支持。

在确定了光诱导材料工程的基本时间限制后，该团队的突破性发现可能会带来材料科学的新时代，从而能够按需创建新功能。遵循这一途径，Ulrich Höfer教授博士和Rupert Huber教授最近共同获得了欧洲研究理事会的ERC协同资助，用于他们的“轨道电影”研究项目，该项目旨在拍摄单分子和原子的量子力学轨道上的电子运动慢动作视频。