【科技探索】 古今中外，无数科学家投身于光与物质的探索之旅，不断深化着人类对微观世界的认知。光与量子材料的相遇，仿佛在暗淡的宇宙中点燃了一盏明灯，引领着科学的前进。

近日，清华大学物理系周树云教授团队在半导体材料黑磷上取得了突破性进展——首次实现了弗洛凯瞬时能带调控，并发现了独特的光学选择定则。这项成果在《自然》杂志上发表，为材料性质的调控、新型器件的开发铺平了道路。

瞬息万变的激光“钥匙”开启新世界 光与物质的相互作用是揭开低维量子材料奥秘的关键，尤其是超短、超强脉冲激光，能够有效调控电子结构与物态，创造出平衡态下无法实现的新现象与新效应。

周树云教授团队的研究对象包括碳纳米管、石墨烯、过渡金属硫族化合物等，这些材料因其独特物理特性与创新应用潜力而备受瞩目。例如，石墨烯作为二维材料，其单原子层结构使电子行为发生显著变化，展现出迥异于三维材料的物理特性。

研究团队形象地将电子能带结构比作材料的“DNA”，决定着材料的基本属性。他们运用飞秒激光这一“钥匙”，精准调控材料的“DNA”，实现所需性能的获取。

当前，学界聚焦于材料的平衡态特性，而非平衡态物理与超快动力学的研究仍处于起步阶段。周树云团队通过脉冲激光，将时间精度推向极致，即万亿分之一秒，成功迈出了瞬时调控材料特性的重要一步。

超快时间尺度上的测量与调控不仅推动非平衡态物理知识的前沿发展，也为未来新型、高速器件的开发与应用奠定了科学基础。

探索黑磷中的电子“电影” 弗洛凯工程作为一种理论框架，自20世纪初提出以来便吸引了物理学家的广泛关注，尤其在凝聚态物理、冷原子物理和光晶格等领域。近年来，弗洛凯瞬时能带与物性调控已成为凝聚态物理与材料科学的重要研究前沿。

然而，尽管理论预言丰富，凝聚态体系中的实验进展相对有限。周树云团队通过不懈努力，克服了中红外强场脉冲激发光源与角分辨光电子能谱仪结合的难题，研发出具备前沿技术指标的超快时间分辨角分辨光电子能谱系统。

研究团队选择了黑磷这一经典半导体材料作为突破口，通过精确调整中红外激发光源的光子能量，发现当光子能量接近带隙时，黑磷的电子结构从平衡态的抛物线形状转变为带顶打开能隙的“墨西哥帽”形态，并观察到了复制的弗洛凯边带。

研究组采用“拍摄电影”的方法，记录了光激发下电子结构从光到来前、光到达瞬间直至光消失后的动态演变过程，揭示了弗洛凯能带调控的机制。他们还发现，黑磷中的弗洛凯能带工程对激发光源的偏振具有强烈的特定选择性，只有沿特定方向的泵浦光才可能引发瞬时能隙的出现。

这些发现不仅为弗洛凯能带调控提供了新思路，同时也揭示了激光调控的快速“开关”特性，为探索拓扑物态、关联物态（如磁性、超导等）的瞬时调控开辟了新途径。此外，这种独特的偏振选择效应在未来有望应用于光学偏振相关的光电器件设计中。

【报道人】邓晖 【通讯员】常潇予