■飛秒激光脈沖以前所未有的速度，驅動了半金屬晶體中的電子躍遷（圖片版權：Sam Beaulieu博士）

近日據外媒novuslight消息，德國弗里茨·哈伯研究所和馬克斯·普朗克物質結構與動力學研究所通過聯合研究發現，激光脈沖可以讓材料特性發生超快轉換。未來，這一研究發現將開啟全新晶體管研制的道路。

在當前的材料研究領域，盡可能提高電子技術的運算速度是核心問題，而快速計算技術的關鍵組件是晶體管。作為邏輯運算中的基本步驟，電路開關中的晶體管控制著電流的瞬時開、關。

為了提高對理想晶體管材料的了解，物理學家們一直在努力尋找新的方法來實現“極快開關”。現在，德國研究人員通過運用激光技術，成功研制出一種新型的超快開關。參與該研究項目的科學家，試圖找到改變材料特性的最佳方式，例如使磁性金屬變得沒有磁性，或者改變晶體的電導率。

幾十年來，控制電子排布始終是晶體管研究領域的關注焦點。但以前嘗試過的各種方式，在速度方面還是沒能達到理想效果。弗里茨·哈伯研究所物理化學系主任Ralph Ernstorfer表示：“我們知道諸如溫度或壓力變化之類的外部影響會起到一定的作用，但其過程還是要花費至少幾秒鐘的時間，這對于控制電流還是顯得太慢。”

對于經常使用計算機和智能手機的人來說，幾秒的等待時間都顯得非常漫長。因此，Ralph Ernstorfer團隊的任務是通過使用激光脈沖，讓材料的特性發生瞬時轉變。研究團隊使用了弗里茨·哈伯研究所的激光脈沖設備，通過向一種半金屬材料（包含了鎢和碲原子）發射超短脈沖激光，成功將材料電子排列轉變的時間縮短至100飛秒。

研究人員發現，晶體受到激光照射后，其內部的電子結構會迅速進行組合，這就實現了改變材料電導率的效果。團隊成員Samuel Beaulieu談到：“研究人員使用了一種新儀器記錄材料特性轉變的整個過程，這是一項了不起的研究成果。以往我們只對材料穩定態的電子結構有所了解，這是首次觀測到材料電子結構的變化過程。”

同時，研究團隊還對這種新工藝方法進行了建模，從而揭示了材料特性實現瞬時轉變的原因。撞擊在材料上的激光脈沖，能瞬時改變材料電子相互作用的方式。因此，激光脈沖也是行業熟悉的“Lifshitz transition”（費米面拓撲相變）的原始驅動力。