上海交通大學(xué)副教授張文濤研究組與中國(guó)科學(xué)院院士張杰、教授向?qū)F(tuán)隊(duì)等合作，利用飛秒激光操控，在三維量子材料中實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)二維長(zhǎng)程有序電子態(tài)，并在其中發(fā)現(xiàn)光致超導(dǎo)的跡象。研究成果近日在線(xiàn)發(fā)表于《自然》。

二維電子態(tài)通常通過(guò)機(jī)械剝離、人工異質(zhì)結(jié)、分子束外延生長(zhǎng)等方法制造人工結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在該研究中，科學(xué)家提出并實(shí)現(xiàn)了在量子材料中利用超快激光調(diào)控產(chǎn)生二維電子態(tài)的新方法。論文通訊作者張文濤告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，該方法利用在特定激光強(qiáng)度下激發(fā)相干電子—聲子相互作用所引起的材料晶格宏觀周期性畸變，并且這種晶格畸變?cè)诓牧现蟹謱映霈F(xiàn)，在晶格畸變層與原始層之間實(shí)現(xiàn)了一種長(zhǎng)程有序的二維電子態(tài)。

研究人員對(duì)一種三維電荷密度波材料二硒化鈦進(jìn)行了高分辨的時(shí)間分辨角分辨光電子能譜和兆伏特超快電子衍射實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合模型計(jì)算，證實(shí)了飛秒激光誘導(dǎo)晶格畸變可在三維材料中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)程有序二維電子態(tài)。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，在該二維電子結(jié)構(gòu)中存在光致非平衡超導(dǎo)跡象。向?qū)дJ(rèn)為，這項(xiàng)成果是兩種時(shí)間分辨實(shí)驗(yàn)手段的完美結(jié)合，對(duì)科學(xué)猜想進(jìn)行了驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)。

先進(jìn)儀器的研制和實(shí)驗(yàn)精度的提升是獲得此新發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵。張文濤研究組自主研制的時(shí)間分辨角分辨光電子能譜儀，時(shí)間分辨率（113飛秒）和能量分辨率（16.2毫電子伏特）的乘積接近物理極限，達(dá)到了國(guó)際上同類(lèi)儀器的最高水平。張杰、向?qū)F(tuán)隊(duì)研制了目前世界上唯一一臺(tái)時(shí)間分辨率優(yōu)于50飛秒的兆伏特超快電子衍射裝置。

這項(xiàng)研究結(jié)合了時(shí)間分辨角分辨光電子能譜儀對(duì)電子敏感和兆伏特超快電子衍射裝置對(duì)原子敏感的優(yōu)勢(shì)，分別從超快電子結(jié)構(gòu)和超快晶格動(dòng)力學(xué)兩方面提供了相關(guān)發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。張杰表示，這些發(fā)現(xiàn)首次展現(xiàn)了利用超快激光實(shí)現(xiàn)對(duì)量子材料中電子維度的調(diào)控，并產(chǎn)生奇異的量子現(xiàn)象。