據(jù)外媒報道，Lex Kemper是北卡羅萊納州立大學的物理學副教授。他研究量子材料：這是一種具有奇特物理特性的固體材料，使它們在計算或能源應用中發(fā)揮作用。Kemper是最近發(fā)表在《自然-通訊》雜志上的一篇論文的合著者，該論文描述了一種特殊的量子材料（Cerium tri-Telluride，即CeTe3）在超快激光脈沖作用下失衡時的相變。

該項目由密歇根州立大學的研究人員領(lǐng)導，另外還有來自西北大學和阿貢國家實驗室的貢獻者。Kemper解釋了研究團隊的發(fā)現(xiàn)，以及這一研究成果很重要的原因：

相變是物理學和化學的一個基本環(huán)節(jié)。例如，我們都熟悉水的不同相，但這種由粒子組成的系統(tǒng)改變它的樣子和行為方式的想法在科學中真的無處不在。而雖然我們知道水變成冰的結(jié)果，但精確的過程會導致許多不同種類的冰：有時冰是透明的，而有時不是，而差異與你如何凍結(jié)它有關(guān)。因此，研究相變是如何發(fā)生的，可以告訴我們很多關(guān)于基本物理學的知識，以及關(guān)于雙方的結(jié)果相。

在量子物理學層面，同樣的想法也適用。當我們在臨界溫度上慢慢改變溫度時，我們可以看到一個系統(tǒng)從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的變化；例如，我們可以看到材料變得堅硬，就像我們可以看到冰的形成。但我們看不到原子水平上發(fā)生的細節(jié)。在這項工作中，我們能夠克服這一點，并打開了一個窗口，了解原子如何在原子（皮秒）時間尺度上從系統(tǒng)的一個階段重新排列到另一個階段。

在這項特殊的工作中，我們研究了CeTe3。它是稀土三碲化物這一大類材料的一部分。如果你看一下它在高溫下的原子結(jié)構(gòu)，這種材料就像一張堆疊的方格網(wǎng)一樣。隨著溫度的降低，方塊變成了長方形。這種情況有兩個方向（我們稱它們?yōu)锳和B），但材料只能選擇一個方向。哪一個取決于偶然性--缺陷引起的材料中的局部應力和應變。

在實驗中，我們用超短的強激光脈沖將系統(tǒng)短暫地從“A”的矩形狀態(tài)中取出，并觀察它是如何嘗試“改造”的。由于對任何一個矩形狀態(tài)都沒有特別強的驅(qū)動力，系統(tǒng)同時形成了A和B兩個矩形。當其中一個矩形（在皮秒原子時間尺度上）主導另一個矩形時，“錯誤”狀態(tài)的小水坑就會留下，這些小水坑很難擺脫，并且會持續(xù)納秒（100倍以上）。

這些結(jié)果告訴我們相變是如何發(fā)生的基本方面，材料的各個部分是如何相互“交談”，使它們的原子對齊，從而使模式匹配，以及這一切發(fā)生的能量景觀是什么。

當我們知道量子材料發(fā)生了什么，以及它們?nèi)绾卧谠铀缴细淖兯鼈兊臓顟B(tài)時，我們就可以利用這些知識來開發(fā)新的更好的設(shè)備，比如核磁共振成像機，以及更好的計算機存儲器。