據(jù)外媒報(bào)道，Lex Kemper是北卡羅萊納州立大學(xué)的物理學(xué)副教授。他研究量子材料：這是一種具有奇特物理特性的固體材料，使它們?cè)谟?jì)算或能源應(yīng)用中發(fā)揮作用。Kemper是最近發(fā)表在《自然-通訊》雜志上的一篇論文的合著者，該論文描述了一種特殊的量子材料（Cerium tri-Telluride，即CeTe3）在超快激光脈沖作用下失衡時(shí)的相變。

該項(xiàng)目由密歇根州立大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)，另外還有來(lái)自西北大學(xué)和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的貢獻(xiàn)者。Kemper解釋了研究團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)，以及這一研究成果很重要的原因：

相變是物理學(xué)和化學(xué)的一個(gè)基本環(huán)節(jié)。例如，我們都熟悉水的不同相，但這種由粒子組成的系統(tǒng)改變它的樣子和行為方式的想法在科學(xué)中真的無(wú)處不在。而雖然我們知道水變成冰的結(jié)果，但精確的過(guò)程會(huì)導(dǎo)致許多不同種類(lèi)的冰：有時(shí)冰是透明的，而有時(shí)不是，而差異與你如何凍結(jié)它有關(guān)。因此，研究相變是如何發(fā)生的，可以告訴我們很多關(guān)于基本物理學(xué)的知識(shí)，以及關(guān)于雙方的結(jié)果相。

在量子物理學(xué)層面，同樣的想法也適用。當(dāng)我們?cè)谂R界溫度上慢慢改變溫度時(shí)，我們可以看到一個(gè)系統(tǒng)從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的變化；例如，我們可以看到材料變得堅(jiān)硬，就像我們可以看到冰的形成。但我們看不到原子水平上發(fā)生的細(xì)節(jié)。在這項(xiàng)工作中，我們能夠克服這一點(diǎn)，并打開(kāi)了一個(gè)窗口，了解原子如何在原子（皮秒）時(shí)間尺度上從系統(tǒng)的一個(gè)階段重新排列到另一個(gè)階段。

在這項(xiàng)特殊的工作中，我們研究了CeTe3。它是稀土三碲化物這一大類(lèi)材料的一部分。如果你看一下它在高溫下的原子結(jié)構(gòu)，這種材料就像一張堆疊的方格網(wǎng)一樣。隨著溫度的降低，方塊變成了長(zhǎng)方形。這種情況有兩個(gè)方向（我們稱(chēng)它們?yōu)锳和B），但材料只能選擇一個(gè)方向。哪一個(gè)取決于偶然性--缺陷引起的材料中的局部應(yīng)力和應(yīng)變。

在實(shí)驗(yàn)中，我們用超短的強(qiáng)激光脈沖將系統(tǒng)短暫地從“A”的矩形狀態(tài)中取出，并觀察它是如何嘗試“改造”的。由于對(duì)任何一個(gè)矩形狀態(tài)都沒(méi)有特別強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力，系統(tǒng)同時(shí)形成了A和B兩個(gè)矩形。當(dāng)其中一個(gè)矩形（在皮秒原子時(shí)間尺度上）主導(dǎo)另一個(gè)矩形時(shí)，“錯(cuò)誤”狀態(tài)的小水坑就會(huì)留下，這些小水坑很難擺脫，并且會(huì)持續(xù)納秒（100倍以上）。

這些結(jié)果告訴我們相變是如何發(fā)生的基本方面，材料的各個(gè)部分是如何相互“交談”，使它們的原子對(duì)齊，從而使模式匹配，以及這一切發(fā)生的能量景觀是什么。

當(dāng)我們知道量子材料發(fā)生了什么，以及它們?nèi)绾卧谠铀缴细淖兯鼈兊臓顟B(tài)時(shí)，我們就可以利用這些知識(shí)來(lái)開(kāi)發(fā)新的更好的設(shè)備，比如核磁共振成像機(jī)，以及更好的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器。