【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】超快光譜學(xué)和高壓物理學(xué)均為凝聚態(tài)物理的前沿領(lǐng)域之一。超快光譜方法因其特有的極高時(shí)間分辨率、Fermi面以上電子激發(fā)態(tài)探測(cè)、全波長寬譜能量范圍的相互作用、相干態(tài)和集體激發(fā)態(tài)的產(chǎn)生和探測(cè)、表面界面對(duì)稱破缺的探測(cè)等優(yōu)勢(shì)在凝聚態(tài)物理特別是關(guān)聯(lián)量子材料的研究中有重要的應(yīng)用，人們利用該方法已在高溫超導(dǎo)機(jī)理、復(fù)雜相變、多自由度耦合、激光相干調(diào)控、誘導(dǎo)新奇量子態(tài)等方面取得了很多重要研究成果；然而迄今超快光譜主要用于研究常壓下的凝聚態(tài)物性。
 

　　另一方面，壓強(qiáng)是一種相對(duì)“干凈”的實(shí)驗(yàn)手段，不會(huì)引入化學(xué)計(jì)量比、額外的電荷載流子以及晶格無序等，可以直接改變晶格間距進(jìn)而調(diào)控材料的電子態(tài)，在發(fā)現(xiàn)新規(guī)律、新現(xiàn)象、新物理以及調(diào)控物性等方面有重要作用; 然而高壓領(lǐng)域至今關(guān)于激發(fā)態(tài)超快動(dòng)力學(xué)和費(fèi)米面以上的非平衡態(tài)高壓物性的研究還比較少，特別是能夠保證真正原位的高壓超快光譜實(shí)驗(yàn)還鮮為人知。如何將二者結(jié)合起來，不但在儀器研發(fā)方面實(shí)現(xiàn)突破和進(jìn)步，而且發(fā)現(xiàn)壓強(qiáng)誘導(dǎo)的超快動(dòng)力學(xué)物性，這是一個(gè)有趣的有望開啟一個(gè)新的交叉領(lǐng)域的科學(xué)問題。由于pump–probe實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)光束需要空間重疊，關(guān)聯(lián)量子材料往往也有面內(nèi)的漲落，這就需要確保在加壓和校壓過程中金剛石對(duì)頂砧原位不動(dòng)。以往的原位高壓實(shí)驗(yàn)多數(shù)情況是指樣品沒有拿出對(duì)頂砧，而整個(gè)對(duì)頂砧是拿出光路進(jìn)行加壓校壓的，這在pump–probe這樣的雙光束實(shí)驗(yàn)中尤其有可能帶來人為誤差。
 

　　近期，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心表面物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員趙繼民及其博士后吳艷玲、碩士生加孜拉·哈賽恩，與北京高壓科學(xué)研究中心研究員丁陽及其碩士生尹霞合作，在高壓超快光譜學(xué)方面取得了新進(jìn)展，他們成功搭建了一套“真正原位(on-site in situ)”的高壓pump–probe超快光譜實(shí)驗(yàn)裝置，并利用這套裝置研究了強(qiáng)關(guān)聯(lián)量子材料Sr2IrO4高壓超快動(dòng)力學(xué)，觀測(cè)到了壓強(qiáng)誘導(dǎo)的聲子瓶頸效應(yīng)，對(duì)應(yīng)著電子結(jié)構(gòu)中的能隙銳減。此前所有已知的聲子瓶頸效應(yīng)均為溫度調(diào)控所致，高壓誘導(dǎo)調(diào)控的聲子瓶頸效應(yīng)尚屬新的物理知識(shí)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中沒有將高壓樣品腔移出光路，避免了樣品的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，明確增強(qiáng)了變壓超快數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。該套裝置目前可實(shí)現(xiàn)的大壓強(qiáng)調(diào)節(jié)范圍為45 GPa，有望延拓至70 GPa乃至更高；時(shí)間分辨率則與傳統(tǒng)pump-probe實(shí)驗(yàn)一致。該項(xiàng)研究將高壓物理學(xué)和超快光譜學(xué)有機(jī)結(jié)合，研究結(jié)果將帶動(dòng)“高壓超快動(dòng)力學(xué)”這一新分支領(lǐng)域的開啟、成型和發(fā)展，對(duì)促進(jìn)條件下的凝聚態(tài)物理研究有重要意義。
 

　　該研究得到中科院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)、對(duì)外合作重點(diǎn)項(xiàng)目(GJHZ1826, GJHZ1403)、先導(dǎo)專項(xiàng)(XDB30000000)、基金委(11774408, 11574383, 11874075, U1530402)、挑戰(zhàn)計(jì)劃(TZ2016001)、北京市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(4191003)等支持。