上海交通大學(xué)副教授張文濤研究組與中國科學(xué)院院士張杰、教授向?qū)F隊等合作，利用飛秒激光操控，在三維量子材料中實現(xiàn)瞬時二維長程有序電子態(tài)，并在其中發(fā)現(xiàn)光致超導(dǎo)的跡象。研究成果近日在線發(fā)表于《自然》。

二維電子態(tài)通常通過機械剝離、人工異質(zhì)結(jié)、分子束外延生長等方法制造人工結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。在該研究中，科學(xué)家提出并實現(xiàn)了在量子材料中利用超快激光調(diào)控產(chǎn)生二維電子態(tài)的新方法。論文通訊作者張文濤告訴《中國科學(xué)報》，該方法利用在特定激光強度下激發(fā)相干電子—聲子相互作用所引起的材料晶格宏觀周期性畸變，并且這種晶格畸變在材料中分層出現(xiàn)，在晶格畸變層與原始層之間實現(xiàn)了一種長程有序的二維電子態(tài)。

研究人員對一種三維電荷密度波材料二硒化鈦進(jìn)行了高分辨的時間分辨角分辨光電子能譜和兆伏特超快電子衍射實驗，并結(jié)合模型計算，證實了飛秒激光誘導(dǎo)晶格畸變可在三維材料中實現(xiàn)長程有序二維電子態(tài)。進(jìn)一步實驗表明，在該二維電子結(jié)構(gòu)中存在光致非平衡超導(dǎo)跡象。向?qū)дJ(rèn)為，這項成果是兩種時間分辨實驗手段的完美結(jié)合，對科學(xué)猜想進(jìn)行了驗證和實現(xiàn)。

先進(jìn)儀器的研制和實驗精度的提升是獲得此新發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵。張文濤研究組自主研制的時間分辨角分辨光電子能譜儀，時間分辨率（113飛秒）和能量分辨率（16.2毫電子伏特）的乘積接近物理極限，達(dá)到了國際上同類儀器的最高水平。張杰、向?qū)F隊研制了目前世界上唯一一臺時間分辨率優(yōu)于50飛秒的兆伏特超快電子衍射裝置。

這項研究結(jié)合了時間分辨角分辨光電子能譜儀對電子敏感和兆伏特超快電子衍射裝置對原子敏感的優(yōu)勢，分別從超快電子結(jié)構(gòu)和超快晶格動力學(xué)兩方面提供了相關(guān)發(fā)現(xiàn)的實驗證據(jù)。張杰表示，這些發(fā)現(xiàn)首次展現(xiàn)了利用超快激光實現(xiàn)對量子材料中電子維度的調(diào)控，并產(chǎn)生奇異的量子現(xiàn)象。