激光脉冲产生的电流快过任何其他传统的发电方式

▲该研究小组阐明了超快激光脉冲如何被用于调节物质的性质，并以比任何传统的方式更快的速度产生电流。电流的大小和方向可以通过改变激光参数来控制。

把一根比头发细一千倍的玻璃线当作两种金属之间的电线，再用一个持续十亿分之一秒的激光脉冲击中它，接下来，了不起的事情就发生了。

这种玻璃状的物质将瞬间转化成类似金属的东西，同时激光在这个微小的电路中会产生一股电流。在没有外加电压的情况下，它比任何传统的发电方式都快得多。此外，只要改变激光的相位，就可以控制电流的方向和大小。

目前，美国罗切斯特大学的一名研究人员成功预测了激光脉冲可以在纳米尺度上产生超快电流，同时他自信能够解释实验中成功地创造了这些电流的过程和原因。“这标志着利用激光控制电子的一个新领域。”助理教授Ignacio Franco说道。这项研究近日发表在了《自然通讯》上。

“你不会用它来制造一辆车，但你可以比以前更快地产生电流。你将能够开发出十亿分之一米长(纳米尺度)的电子电路，其工作时间是十亿分之一秒(飞秒)。但更重要的是，这是一个很好的例子，它展示了不同的物质在脱离平衡的情况下性质是如何表现的。激光猛烈地撼动纳米结构的结点，从而完全改变了它的性质。这意味着我们可以利用光来调节物质的性质。”Franco说。

这正是美国能源部列出“在电子水平操控物质”的目的。对美国科学家来说，怎么理解物质“非常远离”平衡——是他们面临的关键挑战之一。能源部早在2007年就提出上述科研攻关。当时还是多伦多大学的博士生的Franco，作为主要作者在《物理评论快报》上发表论文称，在飞秒激光脉冲照射下的分子电线中，可以产生极其强大的超快电流。

分子线是指线性碳链，能连接到金属触点形成一个纳米级的结。电流的产生源自斯塔克效应(Stark effect)，在这种情况下，由于激光外部电场的存在，物质的能级会发生改变，从而可用来控制分子和金属触点之间的能级排列。

但当时这个理论就此止步了。因为无法用实验来建立一个如此小的连接点并记录在激光破坏电线之前发生的事情。

直到2013年，由马克斯•普朗克量子光学研究所的Ferenc Krausz领导的团队通过将不同的纳米玻璃连接到两个金电极，然后暴露给激光脉冲，产生了超高速电流。但该现象的具体动力学机制并不清楚。

直到目前，不断有研究人员提出不同的机理假设。但是，即使材料不同，Franco还是认为是相同的斯塔克效应机制在起作用。于是他们使用超级计算机进行模拟实验，历时4年终于证实了这一点。Franco说：“我们用最先进的计算方法恢复了主要的实验观测，并对实验观测背后的机制做出了简单的描述。”Franco称这项研究表明了理论和实验在推进科学发展中是怎样相互促进的。

“化学家们传统上研究的是当物质处于或接近热力学平衡时分子结构与其可能的功能之间的关系。而这项研究是让我们思考当物质处于远离平衡状态时，其结构的函数关系。” Franco补充道。

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 编译：Coke 审稿：alone   编辑：程建兰   

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