物理學：研究人員通過一次閃光，將材料進行狀態切換！
來自美國能源部SLAC國家加速器實驗室和麻省理工學院的科學家們展示了一種簡單的方法，可以將材料從一個狀態翻轉到另一個狀態，然後再用一盞激光閃回。
這種切換行為類似於磁數據存儲材料中的情況，並且使用激光進行切換可以為下一代數據存儲設備中的信息讀取和寫入提供一種新方法，以及其他前所未有的應用，Nuh Gedik說，該研究的麻省理工學院首席研究員。該團隊今天在Science Advances上報告了他們的結果。
冷凍的電子波！
在今天的設備中，通過用磁場翻轉電子自旋來存儲和檢索信息。“但在這裡，我們翻轉了一種稱為電荷密度波的不同物質屬性，”Gedik小組的研究生，該研究的主要作者之一Alfred Zong說。
電荷密度波是電子在材料中分佈的方式中的週期性峰和谷。它們一動不動，就像冰凍的湖面上的冰冷的海浪。科學家們希望更多地瞭解這些波浪，因為它們經常與其他有趣的材料特性共存，例如在相對較高的溫度下不會損失導電的能力，並且可能與這些特性相關。
該透射電子顯微鏡圖像顯示在二硫化鉭晶體中兩種不同狀態（α（紅色區域）和β（藍色區域））之間的疇壁（用黃色圓圈標記）。在晶體被單個光脈衝擊中後形成β態和疇壁。
這項新研究的重點是二硫化鉭，這是一種帶電荷密度波的材料，它們都被稱為α狀態的同一方向。當研究人員用一個非常短暫的激光脈衝摧毀材料的薄晶體時，一些波形轉變為具有不同電子方向的β狀態，並且α和β區域被疇壁分開。第二次閃光溶解了疇壁並使材料返回其純α狀態。
令人驚訝的材料開關！
這些以前從未見過的材料變化是用SLAC的超快電子衍射儀（UED）檢測到的，這是一種高速“電子相機”，用強大的能量束探測材料原子結構的運動。電子。
“我們在實驗中尋找其他效果，因此當我們看到我們可以用單光脈衝寫入和擦除疇壁時，我們完全驚訝，”SLAC UED集團負責人Xijie Wang說。
用SLAC的“電子相機”記錄的強度模式向研究人員展示了鉭二硫化物晶體的原子結構如何響應激光閃光，從α狀態（左）轉換為α/β狀態（右）和背部。強度模式用於重建原子結構。
Gedik集團的博士後研究員Anshul Kogar說：“疇壁是一個特別有趣的特徵，因為它們具有與其他材料不同的特性。”例如，當它暴露於超短光脈衝時，它們可能在鉭二硫化物的電阻發生劇烈變化中發揮作用，這是之前由另一組觀察到的。
SLAC工作人員科學家Xiaozhe Shen是Wang團隊的研究負責人之一，他表示，“UED允許我們詳細分析這些域名隨時間的變化，它們的大小以及它們在材料中的分佈情況。”
研究人員還發現，他們可以通過調節晶體的溫度和光脈衝的能量來微調過程，使他們能夠控制材料開關。在下一步中，團隊希望獲得更多控制，例如通過以允許在材料中生成特定域圖案的方式整形光脈衝。
“我們可以用非常簡單的方式調整材料這一事實看起來非常基礎，”王說。“事實上，它是如此根本，它可能會成為使用光來創造我們想要的精確材料特性的重要一步。”
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