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科學技術(shù)在量子力學領(lǐng)域的突破,拓寬了我們對宇宙的了解。Max Planck 提出的量子理論為量子力學奠定了基礎(chǔ),對于探索原子和亞原子現(xiàn)象至關(guān)重要。 如今,加州理工學院 Hsieh 研究小組首席研究員 David Hsieh 博士正走在這場探索之旅的前沿,致力于研究量子材料,以揭示強關(guān)聯(lián)電子體系的復雜相互作用。他的研究大大推動了對這些相互作用產(chǎn)生的奇特現(xiàn)象的了解。這項突破性工作的用到的核心設備是 Coherent Astrella 激光器。 這款激光器對于 Hsieh 博士的研究功不可沒,使他和他的團隊能夠以前所未有的精度探測和操控量子材料,并為 Hsieh 博士提供了無與倫比的多功能性。Hsieh 表示:“雖然激光器不是作為共享儀器,僅供我們的實驗室使用…… 但我們的實驗室有多個不同的研究項目,每個項目都需要不同類型的探測……其中許多探測由同一個激光器驅(qū)動。” “激光器的可靠性是實驗的首要基礎(chǔ),我們很看重Astrella激光器的穩(wěn)定性……Astrella的高性能和長期的穩(wěn)定性,的確是我們實驗取得成功的關(guān)鍵。”—— David Hsieh 博士,格拉澤物理教授,物理系行政主任,Hsieh 研究小組首席研究員。 01 對強關(guān)聯(lián)電子體系的開拓性探索 Hsieh 博士的研究重點是量子材料,尤其是稱為強關(guān)聯(lián)電子體系的材料。這些材料的特點是電子之間有強烈的相互作用,會導致與傳統(tǒng)理論相餑的特性。Hsieh 博士所做研究的一個重要部分圍繞著莫特絕緣體展開,這類材料通過電子之間的強烈相互作用來實現(xiàn)絕緣。莫特絕緣體與高溫超導體密切相關(guān),具有奇異的磁特性,例如反鐵磁序。 Hsieh 博士的實驗室希望使用先進激光技術(shù)來了解這些材料的微觀特性,探索這些體系中電荷和自旋之間的相互作用,重點研究一種稱為哈伯德激子的準粒子。傳統(tǒng)激子由庫侖力結(jié)合在一起,與此不同的是,哈伯德激子由磁相互作用結(jié)合在一起,為研究量子材料的特性提供了新方向。 02 激光技術(shù)驅(qū)動的反鐵磁莫特絕緣體研究成果 在其最近發(fā)表的論文《A Hubbard exciton fluid in a photo-doped antiferromagnetic Mott insulator》中,Hsieh 博士使用 Astrella 激光器探測莫特絕緣體中的哈伯德激子的復雜動態(tài)。1 該研究為證明穩(wěn)定哈伯德激子的存在,提供了實驗數(shù)據(jù),可作為檢驗許多理論預測的平臺。通過利用時間分辨太赫茲光譜分析,Hsieh 博士的團隊發(fā)現(xiàn)了哈伯德激子的獨特的光譜指紋,揭示了這些激子的結(jié)合機制和相關(guān)材料的未來潛在應用。這篇論文標志著量子材料領(lǐng)域的一次巨大進步,為研究這些奇特體系中自旋和電荷之間的相互作用開辟了新途徑,展現(xiàn)了 Astrella 激光器的精密性。
David Hsieh博士和同事Vivek Pareek 博士在使用 Astrella 系統(tǒng) 他在研究中常用的一種關(guān)鍵技術(shù)是泵浦/探測光譜分析。這種方法需要使用兩個同步激光脈沖:一個用于激發(fā)材料,另一個用于探測材料。Astrella 激光器具有超短脈沖和較高的脈沖能量,是這些實驗取得成功的關(guān)鍵。使用這款激光器,他的團隊可以探索材料嚴重偏離熱平衡時的狀態(tài),從而在飛秒和皮秒時間尺度上揭示電子的動態(tài)、晶格振動及其他特性。這款激光器的優(yōu)異性能確保了以最高的精度捕獲到細微現(xiàn)象和瞬變現(xiàn)象。 事實證明,Coherent Astrella 激光器是 Hsieh 博士的實驗室不可或缺的研究工具。這款激光器產(chǎn)生的高強度脈沖能夠保持長時間的穩(wěn)定,這對于該實驗室進行的長期實驗至關(guān)重要,因為實驗精度決定著實驗的成敗。Hsieh 博士說:“Astrella 激光器具有出色的可靠性和穩(wěn)定性,使我們能夠幾乎不受實驗室環(huán)境變化影響,專注探索量子領(lǐng)域,確保結(jié)果的準確性和可重復性。” 值得一提的是,Astrella 激光器極其可靠,在該實驗室連續(xù)工作超過 55,000 小時(圣誕節(jié)期間除外),這是一項非凡的成就,體現(xiàn)了這款激光器的卓越工程設計。這種長期可靠性對于 Hsieh 博士的研究至關(guān)重要,這使得他的不同項目可以連續(xù)不斷地進行,每個項目都推動著量子材料科學取得新的突破。 參考文獻: 1. Mehio, O., Li, X., Ning, H. et al. A Hubbard exciton fluid in a photo-doped antiferromagnetic Mott insulator. Nat. Phys. 19, 1876–1882 (2023). https://doi.org/10.1038/s41567-023-02204-2 文章來源:Coherent高意激光 注:文章版權(quán)歸原作者所有,本文僅供交流學習之用,如涉及版權(quán)等問題,請您告知,我們將及時處理。
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