激子是可以通過(guò)固體物質(zhì)傳輸能量的準(zhǔn)粒子。這使得它們對(duì)未來(lái)材料和設(shè)備的發(fā)展非常重要--但需要更多的研究來(lái)了解它們的基本行為和如何操縱它。米蘭理工大學(xué)的研究人員與光子和納米技術(shù)研究所IFN-CNR以及筑波大學(xué)（日本）和馬克斯-普朗克物質(zhì)結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)研究所（德國(guó)漢堡）的一個(gè)理論小組合作，發(fā)現(xiàn)一個(gè)激子在受到光的刺激時(shí)可以同時(shí)擁有兩種完全不同的特性。

他們的工作最近發(fā)表在《自然通訊》上，為當(dāng)前和未來(lái)的激子研究提供了關(guān)鍵的新見(jiàn)解。 

在固體中，激子由一個(gè)帶負(fù)電的電子和一個(gè)帶正電的空穴組成。它們是一種所謂的“多體效應(yīng)”，由許多粒子的相互作用產(chǎn)生，特別是當(dāng)一個(gè)強(qiáng)光脈沖擊中固體材料時(shí)。在過(guò)去的十年中，研究人員已經(jīng)觀察到了“多體效應(yīng)”，其時(shí)間尺度短到令人難以想象，換句話說(shuō)，是十億分之一秒。

然而，由于許多粒子相互作用時(shí)的超快電子動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜性，科學(xué)家們?nèi)匀粵](méi)有對(duì)激子和其他“多體效應(yīng)”達(dá)成基本的理解。來(lái)自米蘭理工大學(xué)、筑波大學(xué)和馬克斯-普朗克結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)研究所（MPSD）的研究小組希望通過(guò)采用最先進(jìn)的阿秒瞬時(shí)反射光譜和微觀理論模擬來(lái)探索MgF2單晶中光誘導(dǎo)的超快激子動(dòng)力學(xué)。

通過(guò)結(jié)合這些方法，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了激子的一個(gè)全新屬性。它們可以同時(shí)顯示出原子狀和固體狀的特征。在顯示原子特征的激子中，電子和空穴通過(guò)其庫(kù)侖引力緊密地結(jié)合在一起--就像原子中的電子被原子核所結(jié)合一樣。另一方面，在具有類(lèi)似固體特征的激子中，電子在固體中更自由地移動(dòng)，與海洋中的波浪不一樣。

“這些是重要的發(fā)現(xiàn)�！眮�(lái)自米蘭理工大學(xué)的主要作者M(jìn)atteo Lucchini說(shuō)：“因?yàn)榱私饧ぷ尤绾卧谶@些極端的時(shí)間尺度上與光互動(dòng)，使我們能夠設(shè)想如何利用它們的獨(dú)特特性，促進(jìn)建立一類(lèi)新的電光設(shè)備�！�

在ERC項(xiàng)目AuDACE（"Attosecond Dynamics in AdvanCed matErials"）中的Attosecond研究中心（ARC）進(jìn)行的阿托秒實(shí)驗(yàn)中，研究人員首次成功觀察到激子的亞飛秒動(dòng)態(tài)，其信號(hào)由慢速和快速部分組成。來(lái)自MPSD和筑波大學(xué)的共同作者Shunsuke Sato補(bǔ)充說(shuō)，這一現(xiàn)象用先進(jìn)的理論模擬進(jìn)行了解釋?zhuān)骸拔覀兊挠?jì)算澄清了信號(hào)的慢分量源自激子的類(lèi)原子特性，而快分量則源自類(lèi)固體特性--這是一個(gè)突破性的發(fā)現(xiàn)，它證明了激子的雙重特性是共存的！”

這項(xiàng)工作為通過(guò)光操縱激子以及材料的特性開(kāi)辟了一條重要的新途徑。它代表了向深入理解物質(zhì)中的非平衡電子動(dòng)力學(xué)邁出的重要一步，并為未來(lái)超高速光電設(shè)備、電子學(xué)、光學(xué)、自旋電子學(xué)和激子學(xué)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)知識(shí)。