近日，清华大学物理系周树云教授研究组首次在半导体材料黑磷中实现弗洛凯瞬时能带调控，并发现独特的光学选择定则，为调控材料性质、开发新型器件奠定了坚实基础。这一研究成果2月2日在Nature杂志发表。

低维量子材料包括碳纳米管、石墨烯、过渡金属硫族化合物等，以其新奇的物理特性和全新的器件应用而广受关注。例如，相比于石墨的三维立体结构而言，石墨烯以其单原子级厚度可以被视作“二维”这样的低维材料，其中的电子结构也会因为维度的降低而发生剧烈的变化。“我们研究的电子能带结构可以通俗地理解成这些材料的DNA，它决定了材料的各种属性，清华大学“水木学者”鲍昌华解释道，“而我们所做的就是利用飞秒激光来调控这些材料的DNA，从而获得我们想要得到的一些性质。”

当前学界的研究主要聚焦在材料的平衡态特性，而对其非平衡态物理及超快动力学的研究尚处于发展阶段。周树云团队利用脉冲激光，将时间精度控制到万亿分之一秒，迈出了实现瞬时调控材料特性的坚实一步。在超快时间尺度（皮秒甚至飞秒）上实现电子结构和物理特性的测量和调控，不仅能够拓展非平衡态物理知识的前沿，还将为未来新型、高速器件的开发和应用奠定重要的科学基础。

在非平衡态超快动力学和瞬时物态调控研究中，一个备受关注的重要研究方向是通过周期振荡的势场诱导量子物态的变化，进而实现对其电子结构的调控，该方案被称为“弗洛凯工程”。周树云研究组多年来致力于低维量子材料的电子能谱和非平衡态超快动力学的研究，尤其是弗洛凯能带及物态调控的实验研究。据清华物理系2017级博士生周绍华介绍，目前国际上这方面的研究还刚开始。一方面他们希望弗洛凯能带工程可以在更加广泛的材料体系中被实现，从而为更加自由地调控材料的性质提供一种新的途径；另一方面则是在未来飞秒激光在材料物性调控作用上的应用，如在超快时间尺度上实现材料的非平庸拓扑、超导拓扑物态等。

供图/清华大学

文/北京青年报记者 雷嘉
编辑/高艳