激光物理学家直接观察光注入后的第一个飞秒

激光脉冲击中固体中的电子。如果它从光波中接收到足够的能量，它就可以在固体中自由移动。这种现象，科学家从量子力学开始就一直在探索，称为光注入。关于相关进程如何及时展开，仍然存在悬而未决的问题。

LMU的attoworld团队和马克斯普朗克量子光学研究所的激光物理学家现在已经直接观察了硅和二氧化硅的光学特性在用强激光脉冲进行光注入后的最初几飞秒(十亿分之一秒的百万分之一秒)中是如何演变的。

当涉及到阿尔伯特·爱因斯坦解释的光电效应时，这种光注入的物理学相对简单。在这里，电子吸收单个光子，该光子具有足够的能量，可以将电子从限制其运动的电位中释放出来。当光波中没有光子有足够的能量这样做时，情况会变得更加复杂。在这种情况下，结合的电子可以通过一次吸收多个光子或通过量子隧穿而变得自由。这些是非线性过程，只有在电场很强时才有效，这意味着只有激光脉冲的中心部分才能有效地驱动它们。

新型扫描技术

借助阿秒科学的工具，可以在光脉冲的单个半周期内产生大多数电荷载流子，从而在短短几飞秒内将固体的电导率提高几个数量级。LMU和马克斯普朗克量子光学研究所的attoworld团队的激光物理学家研究了超快光注入后固体改变其光学特性的速度。为此，他们通过薄样本发送了两个短周期脉冲：产生电荷载流子的强泵浦脉冲和与它们相互作用的弱测试脉冲。

由于光注入被限制在短于测试场半个周期的时间间隔内，因此可以观察到电荷载流子在出现后的第一个飞秒内如何与测试场相互作用。该信息被编码在光注入印在测试脉冲的瞬态电场上的失真中。科学家们使用一种新颖的光场采样技术测量了这些失真，并重复测量了两个脉冲之间的许多延迟。

光学场分辨泵浦探头测量的创新技术现在使attoworld团队能够在光注入期间和之后直接访问光驱动的电流。“最重要的结果是，我们现在知道如何进行和分析这样的实验，而且我们确实看到了光驱动的电子运动，这是以前没有人能做到的，”发表在《自然》杂志上的这项研究的最后一位作者弗拉迪斯拉夫·雅科夫列夫说。

“我们惊讶地发现没有明显的准粒子形成迹象，”雅科夫列夫进一步解释道。“这意味着，在这些特定的测量中，多体物理测量对光注入后介质的电导率如何建立没有太大影响，但我们可能会在未来看到一些更奇特的物理学。

所有现代电子产品都基于通过快速增加和减少电荷载流子在电路中移动的能力来控制电荷载流子的流动。attoworld团队的研究是关于使用光达到这种控制的最终速度极限。新发现最终可能有助于实现佩赫兹范围内的未来信号处理，使所谓的光波电子成为可能。这将使今天的电子产品加速约100万倍。

“我认为，我们只是触及了泵浦探头现场分辨测量可以做的表面。有了我们的经验和见解，其他研究人员现在可以使用我们的方法来回答他们的问题，“雅科夫列夫说。

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