科学家发现，两个精确控制时序的激光脉冲在驱动量子材料原子层运动方面，比单个更强脉冲更有效。该研究发表于 Nature Physics，结果表明，提高光强反而可能限制原子运动；控制能量到达时间则可绕开这一限制。
该发现来自维尔茨堡大学、罗斯托克大学和ETH Zurich的研究人员。他们研究二碲化钨（WTe2），一种被称为滑动铁电体的材料。其相邻原子层可沿面内方向相对错动。
“该现象的特别之处在于，原子层的相对运动可影响铁电性、拓扑等一类材料性质，”该研究第一作者、维尔茨堡大学Emmy Noether青年研究组负责人Gerrit Horstmann解释。
更强激光脉冲为何可能减慢原子运动
超短激光脉冲通过向电子转移能量来改变晶体结构。电子响应时对原子核施力，使原子进入运动状态。这些过程发生在飞秒尺度，1飞秒仅为十亿分之一秒的百万分之一。
提高激光强度看似是产生更大位移的直接方法，但研究人员发现该方法存在基本限制。“在极强激发下，电子被激发到高能态，这些高能态会抵消原子的定向运动。额外光能不再产生相应更大的原子层位移，反而有效减慢其运动，”Gerrit Horstmann解释。
用双激光脉冲控制量子材料
为绕开该限制，团队将激光能量分配给两个不同时刻到达的较弱脉冲。第一个脉冲之后，被激发电子在第二个脉冲到达前有时间部分弛豫。通过调节延时，研究人员可增强原子层的滑动运动。
“时序为充分利用电子与原子运动之间的相互作用提供了额外手段，”Horstmann表示。该技术不依赖不断提高脉冲强度来迫使原子运动，而是利用材料自身的电子与原子动力学实现更有效控制。其原则可概括为：优化作用方式，而非单纯增加作用强度。
通向更低能耗电子器件的可能路径
控制原子层滑动最终可能以更低能量切换具有技术价值的性质，包括铁电极化。该技术对WTe2等超薄材料尤其有价值；这类材料可仅由数个原子层构成，正被探索用于紧凑型电子器件。
实际应用仍是长期目标，但该结果确立了一种策略：通过光脉冲时序而非单纯提高强度来操控量子材料。研究者的总结是，应优化作用方式，而非单纯增加作用强度。
参考文献：Jan Gerrit Horstmann, Christoph Emeis, Andrin Caviezel, Quintin N. Meier, Nicolas Wyler, Thomas Lottermoser, Fabio Caruso, Manfred Fiebig, “Coherent phonon control beyond amplitude saturation in a sliding ferroelectric,” Nature Physics, 2026年10月21日, DOI: 10.1038/s41567-026-03491-1。
