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良好振动: 采用太赫兹辐射来控制材料特质

离线im286

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0楼发表于: 2009-08-20 21:27:00

太赫兹辐射
　　1THz=10(12)Hz
　　(一太赫兹等于十的十二次方赫兹)
　　太赫兹辐射是指频率从0.37THz到10THz,波长介于无线波中的毫米波与红外线之间
　　电磁辐射区域,所产生的T射线在物体成象、医疗诊断、环境检测、通讯等方面具有广阔
　　的应用前景.最近,科学家研制出以红外线激光器为基础的首台可产生4.4THz的T射线激光器.

美国加利福尼亚州伯克利实验室的研究人员通过晶体中单振动模式选择激发机理可成功地将亚锰酸盐晶体(Pr_0.7 Ca_0.3 MnO_3 )扭曲。
经过美国能源部劳伦斯伯克利实验室研究人员的合作与努力，他们采用由太赫兹辐射超快脉冲所激发的振动模式，改变了亚锰酸盐的晶体结构，将其由电子绝缘体改造成导体。这种通过选择激发机理模式改变固体相位结构的方法在今后的科技领域，比如发掘超导体和磁致电阻的探测中将大有作为。
《自然》杂志最近一篇新作的第一作者，物理学博士后，同时也是伯克利实验室研究人员之一的Matteo Rini谈到：“我们已经可以展示固体的宏观特性，比如在我们实验中的电阻，是可以通过连续改变物质晶体结构以超速时标的模式将其控制。我们的结果揭示出一种崭新的研究模式，包括对电子相关效果的研究以及晶体结构耦合与紧密结合电子传导性的研究。”
当电子间彼此相互影响时，便被称为电子的“结合”。对于电子紧密结合的物质，即使电子活动的轻微改变也能极大的对物质的电磁特性产生改变和影响。例如：在磁场中，一些电子紧密结合的物质电阻会逐量递增，这就是被称为CMR,或巨大磁致电阻的现象。当今的电子产业大量的是依靠半导体，即在正常情况下，物质电子是较松散的结合在一起的。假如能对半导体进行常规的处理与控制，其电子间的结合会更加紧密，这便为科技领域的拓展打开了一片崭新的空间。
在Schoenlein的领导下，Matteo Rini及其他的研究组成员包括： Ra’anan Tobey, Nicky Dean, Jiro Itatani, Yasuhide Tomioka, Yoshinori Tokura 还有 Andrea Cavalleri通力合作进行实验。他们所使用的方法就是用太赫兹飞秒脉冲辐射(每秒万亿周波)照射电子紧密结合的亚锰酸盐单晶体结构。太赫兹辐射（缩写为THz）是分子振动的频率，飞秒（每秒的万亿分之一）是动态原子测量的时间量程。研究中他们发现大约为 17 THz的频率可使亚锰酸盐晶体的原本连接其构成原子锰与氧的电子结构出现拉伸。
“通过选择性地激活绝缘亚锰酸的个体振动模式，我们可以将其晶体的电子传导性增加五倍。” Matteo Rini补充到，“我们所观察到的是氧化锰分子振动模式的激活会促使分子过渡到金属阶段的转化。”
这标志着首次实验可以证明单振动模式的选择性激活可以用来促进晶体中的相位改变。同时也表明当固体处于电子基态--一种可发生化学反应和相位变化的电子状态，固体内部相位的变化是可以观察到的。
“目前，大多数超快实验都探究了在电子激活状态下相位的变化，因为它们都有赖于光学脉冲来刺激电子进入更高能级的状态。” Matteo Rini继续道，“结果就是，从实验的角度来说，对于基态动力学还所知甚少。”
在Matteo Rini, Schoenlein以及他们同事所设计的实验中，太赫兹的强劲飞秒脉冲波推动亚锰酸盐单晶体，再用频率介于可见光与远红外波长之间的飞秒脉冲进行光谱探测。太赫兹光和氧化锰振动模式间形成共鸣，探测脉冲与之前所测量到并可显示亚锰酸盐晶体金属相位形成与反射光谱的特性修整的研究相一致。
Matteo Rini将这种实验技术与闪光摄像术相比较，因为它可以在金属相位形成时实时产生一系列连续的快速闪光成像。在开展实验的同时，伯克利实验室研究人员同时也测量了当亚锰酸盐晶体由绝缘体转变为导体这一过程中的电阻变化。
今后，Matteo Rini和Schoenlein 等人的工作组将采用波长更长的辐射进行选择性激活其它的振动模式，并使用飞秒X光来探测其他由震动促成行为变化的方方面面。
他们的实验技术在电阻逐量递增之后对现今的物理学翻开崭新的一页，对今后本现象在磁性数据储存装置中的应用将十分具有潜力。这项技术同样可以用来解答一些物理问题，如高温超导现象--氧化铜（铜 ..

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