研究顯示激光脈沖可以顯著改變材料特性

據國外媒體報道，人們可以想象一下，窗戶可以很容易地變成一面鏡子，或者成為不依靠電子而是依靠光運行的超高速計算機，這些僅是光學工程中可能出現的潛在應用，利用激光快速和暫時改變材料性質的實踐操作。

近期在《自然》雜志發表的一項最新研究報告中，物理學家成功地使用激光顯著改變材料的特性，整個過程不產生任何多余的破壞性熱量。

在實驗中所需的激光較強，因此容易出現加熱和損壞材料的情況，一方面希望該材料接收強激光照射，另一方面不希望該材料吸收任何光。目前，研究小組找到了一個“最佳點”來解決這個難題，在這個“最佳點”上，激光的頻率進行微調，從而顯著改變了材料性質，而不會產生任何多余熱量。

同時，科學家表示，他們找到了一種理想的材料來演示該方法，這種材料是一種叫作三硫化錳的半導體材料，在較寬的紅外頻率范圍內，三硫化錳能自然地吸收少量光。在這項最新實驗中，研究人員使用較強的紅外激光脈沖，每個脈沖持續大約10～13秒，能快速改變材料內部電子能量。最終，這種材料從高度不透明狀態變成某種顏色的高度透明狀態。

一束強激光照亮低溫室中的材料，該激光被用于改變材料的透明度。

研究人員強調，實驗證明該過程是可逆的，當激光關閉時，材料會立即恢復至原始狀態，且完好無損。如果該材料吸收了激光并加熱，這種情況是不可能發生的，因為三硫化錳材料需要很長時間進行散熱，實驗中使用的無熱操作被稱為“相干光學工程”。

該方法之所以有效，是因為光改變了半導體中電子能級（又叫電子帶隙）之間的差異，而不是將電子踢到不同能級，這正是之前操作產生熱量的原因所在。這就像你擁有一艘船，然后一個大浪襲來，船劇烈地上下搖晃，而沒有導致任何乘客摔倒，在實驗中，激光劇烈地震動材料的能級，這改變了材料的性質，但電子屬性仍保持不變。

這些發現意味著其他研究人員現在有可能利用光來人工制造材料，例如：奇異的量子磁鐵，這些材料本來很難或者甚至不可能自然地制造出來。從原則上講，該方法可以改變材料的光學、磁性和許多其他性質，這是研究材料科學家的另一種方式，可以僅使用一種材料，并最終賦予它廣泛的有用屬性，而不是制造新材料來實現不同性能。