激光物理学家在光注入后直接观察第一飞秒

激光脉冲撞击固体中的电子。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。这种自量子力学诞生以来科学家们一直在探索的现象被称为光注入。关于相关过程如何及时展开，仍然存在悬而未决的问题。

LMUattoworld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直接观察了硅和二氧化硅在光注入后的最初几飞秒(百万分之一秒)内的光学特性如何演变强激光脉冲。

当涉及阿尔伯特爱因斯坦解释的光电效应时，这种光注入物理学相对简单。在这里，一个电子吸收一个光子，该光子具有足够的能量使电子从限制其运动的势能中解放出来。当光波中的光子没有足够的能量来这样做时，它会变得更加复杂。在这种情况下，束缚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。这些都是非线性过程，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。

扫描新技术

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。LMUattoworld团队和马克斯普朗克量子光学研究所的激光物理学家研究了超快光注入后固体光学特性变化的速度。为此，他们通过一个薄样品发送了两个几个周期的脉冲：一个产生电荷载流子的强泵浦脉冲和一个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，因此可以观察电荷载流子在出现后的第一个飞秒期间如何与测试场相互作用。该信息被编码在光注入印记在测试脉冲的时间相关电场上的失真中。科学家们使用一种用于光场采样的新技术测量了这些失真，并且他们对两个脉冲之间的许多延迟重复了测量。

用于光场分辨泵浦探针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电流。“最重要的结果是，我们现在知道如何进行和分析此类实验，而且我们确实看到了光驱动的电子运动，这是前所未有的，”发表在《自然》杂志上的该研究的最后一位作者VladislavYakovlev说。

“我们惊讶地发现没有明显的准粒子形成迹象，”Yakovlev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极限速度。新发现最终可能有助于实现未来在拍赫兹范围内的信号处理，使所谓的光波电子学成为可能。这将使今天的电子产品加速约100,000倍。

“我认为我们只是触及了泵浦探针场分辨测量的皮毛。凭借我们的经验和见解，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，”Yakovlev说。

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