■飞秒激光脉冲以前所未有的速度，驱动了半金属晶体中的电子跃迁（图片版权：Sam Beaulieu博士）

近日据外媒novuslight消息，德国弗里茨·哈伯研究所和马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所通过联合研究发现，激光脉冲可以让材料特性发生超快转换。未来，这一研究发现将开启全新晶体管研制的道路。

在当前的材料研究领域，尽可能提高电子技术的运算速度是核心问题，而快速计算技术的关键组件是晶体管。作为逻辑运算中的基本步骤，电路开关中的晶体管控制着电流的瞬时开、关。

为了提高对理想晶体管材料的了解，物理学家们一直在努力寻找新的方法来实现“极快开关”。现在，德国研究人员通过运用激光技术，成功研制出一种新型的超快开关。参与该研究项目的科学家，试图找到改变材料特性的最佳方式，例如使磁性金属变得没有磁性，或者改变晶体的电导率。

几十年来，控制电子排布始终是晶体管研究领域的关注焦点。但以前尝试过的各种方式，在速度方面还是没能达到理想效果。弗里茨·哈伯研究所物理化学系主任Ralph Ernstorfer表示：“我们知道诸如温度或压力变化之类的外部影响会起到一定的作用，但其过程还是要花费至少几秒钟的时间，这对于控制电流还是显得太慢。”

对于经常使用计算机和智能手机的人来说，几秒的等待时间都显得非常漫长。因此，Ralph Ernstorfer团队的任务是通过使用激光脉冲，让材料的特性发生瞬时转变。研究团队使用了弗里茨·哈伯研究所的激光脉冲设备，通过向一种半金属材料（包含了钨和碲原子）发射超短脉冲激光，成功将材料电子排列转变的时间缩短至100飞秒。

研究人员发现，晶体受到激光照射后，其内部的电子结构会迅速进行组合，这就实现了改变材料电导率的效果。团队成员Samuel Beaulieu谈到：“研究人员使用了一种新仪器记录材料特性转变的整个过程，这是一项了不起的研究成果。以往我们只对材料稳定态的电子结构有所了解，这是首次观测到材料电子结构的变化过程。”

同时，研究团队还对这种新工艺方法进行了建模，从而揭示了材料特性实现瞬时转变的原因。撞击在材料上的激光脉冲，能瞬时改变材料电子相互作用的方式。因此，激光脉冲也是行业熟悉的“Lifshitz transition”（费米面拓扑相变）的原始驱动力。