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記者8日從清華大學獲悉，該校物理系周樹云教授研究組首次在半導體材料黑磷中實現弗洛凱瞬時能帶調控并發現獨特的光學選擇定則，為調控材料性質、開發新型器件奠定堅實基礎。相關研究成果發表在最新一期的《自然》上。

弗洛凱態的概念自20世紀初被提出，近十年來，弗洛凱瞬時能帶和物性調控已經發展成為國際上凝聚態物理和材料科學的一個重要科學前沿，其中凝聚態體系中的實驗進展非常少，很多關鍵的科學問題，例如能否在具有電子和光電器件應用前景的半導體中實現能帶結構的瞬時調控，仍然有待實驗的證實。

據了解，當前學界的研究主要聚焦在材料的平衡態特性，而對其非平衡態物理及超快動力學的研究尚處于發展階段。周樹云團隊利用脈沖激光，將時間精度控制到萬億分之一秒，邁出實現瞬時調控材料特性的堅實一步。在超快時間尺度(皮秒甚至飛秒)上實現電子結構和物理特性的測量和調控，不僅能夠拓展非平衡態物理知識的前沿，還將為未來新型、高速器件的開發和應用奠定重要的科學基礎。

在材料體系方面，該研究組巧妙地選取黑磷這個具有小帶隙、高遷移率的經典半導體材料。通過精細調節中紅外激發光源的光子能量，研究人員發現當光子能量與帶隙接近共振時，黑磷的電子結構從平衡態的拋物線形狀演化為在帶頂打開能隙的“墨西哥帽”形狀，并觀察到復制的弗洛凱邊帶。

“我們研究的電子能帶結構可以通俗地理解成這些材料的DNA，它決定了材料的各種屬性，”該工作的主要參與者之一、清華大學“水木學者”鮑昌華解釋道，“而我們所做的就是利用飛秒激光來調控這些材料的DNA，從而獲得我們想要得到的一些性質。”

(圖片來源：清華大學)

關鍵詞： 清華大學 半導體材料 非平衡態 光子能量 物理特性