科学家发现“虚拟电荷” 仅在光照下存在的新现象_人生规划

科学家发现“虚拟电荷” 仅在光照下存在的新现象

开心田螺

2025-10-02 00:32:06

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一项由米兰理工大学主导的最新研究在《Nature Photonics》上发表的论文揭示了绝缘体材料中虚拟电荷的关键作用。这些虚拟电荷是仅在与光发生相互作用时存在的载流粒子，却能显著影响材料的光学响应。

用于操控阿秒光脉冲的高精度光学元件。图片来源：米兰理工大学

在阿托秒研究中心的实验室里，由镜片、透镜和精密仪器构成的复杂网络引导着超快激光脉冲。图片来源：米兰理工大学

现代物理与光子学的重要挑战之一，是理解材料在极短暂光脉冲照射下的行为。此次研究中，米兰理工大学联合筑波大学、马克斯·普朗克结构与物质动力学研究所，以及光子与纳米技术研究所（Cnr-Ifn），共同探索了虚拟电荷现象。

研究团队以单晶金刚石为实验对象，利用持续仅数阿秒（十亿分之一的十亿分之一秒）的光脉冲，采用阿秒瞬态反射光谱法，全程记录了超快过程。

通过实验数据与先进数值模拟比对，科学家首次分离出材料电子能带间“虚拟垂直跃迁”的效应。这项发现改变了过去对光与固体材料极端条件下相互作用的认识，以前人们更多关注实际电荷的运动。

米兰理工大学物理系教授、CNR-IFN研究员Matteo Lucchini表示：“我们的工作表明，虚拟载流子的激发过程——仅发生在数十亿分之一的十亿分之一秒内——对于正确预测固体中极速光学响应至关重要。”CNR-IFN研究员Rocío Borrego Varillas补充道：“这些成果是电子学中超快技术发展的关键一步。”

研究进展为制造运行频率达拍赫兹级别（比现有设备快千倍）的超快光学器件，例如开关和调制器，提供了新思路。未来这类技术的发展，需深入理解实际电荷与虚拟电荷的协同作用。

编译自/ScitechDaily

米兰光照材料虚拟阿秒光分之一脉冲光学电荷研究知识科普米兰理工大学阿托秒

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