激光诱导反铁磁超快

自旋动力学研究取得进展

脉冲激光诱导的超快自旋动力学可为研究反铁磁材料提供一个强有力手段，超快脉冲激光泵浦探测的方法由于具有飞秒时间分辨，可在磁性薄膜超快自旋动力学的研究中得到广泛应用。近年来，超快光磁激发和多铁性等工作中取得的新进展又激发了人们重新研究稀土－铁氧化物的超快磁光效应。

最近，中国科学院物理研究所／北京凝聚态物理国家中心磁学国家重点实验室成昭华研究组研究了Fe／ErFeO3（100）与Fe／DyFeO3（100）异质结构中的超快磁动力学过程。发现在RFeO3（100）单晶衬底上覆盖Fe薄膜，能够显著增强光泵浦反铁磁铁氧体的效率。

该研究组利用全光泵浦－探测技术，不仅仅观察到了以往全光方法只能在自旋重取向温区附近观察到的准铁磁（Q－FM）模式，还观察到了尚未被报道的声子（Phonon）模式。分析表明光泵浦RFeO3反铁磁超快自旋动力学的增强归因于光对异质结界面交换耦合的改变。这为进一步研究超快脉冲激光条款反铁磁材料自旋动力学提供了基础。

相关研究成果已于近期发表在Advance Materials上。

固体靶超高电荷量相对论

电子加速

日前，中国科学院物理研究所／北京凝聚态物理国家研究中心光物理重点实验室陈黎明研究员和张杰院士带领的研究团队实现了同时具有极高电荷量和极小束团发散角的相对论电子束，这是激光加速的新进展。

该团队利用美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的Titan激光器（功率：200TW，脉宽：1ps）与固体铜靶相互作用，产生了电荷量～100纳库，发散角小于3度，具有准单能能谱结构的相对论电子束。电子束的品质可以通过调节激光脉冲的对比度和能量来很好的控制。

通过理论分析和数值模拟还揭示了一种新型加速机制：通过激光预脉冲在固体表面提前离化产生近临界密度的预等离子体；主脉冲大角度入射预等离子体，在其中经历自成丝效应，部分细丝会被临界密度面反射，从而在低密度等离子体中形成通道；激光电场会在每一个光学周期内加速一群电子，这些电子群在等离子体通道内被加速成极高电荷量的电子束并被通道中极高的电磁场横向箍缩，从而具有高度的准直性。

通过分析电子能量增益来源，发现不同于典型的尾波场电子加速，通道内的电子能量主要来源于比等离子体波电场强度还要高的激光电场的直接加速，而等离子体通道的作用则是持续提供电子源、导引激光脉冲并对电子束进行箍缩，这样就形成了完整的加速结构。

得益于电子束团的极高电荷量和超短脉冲宽度，实验上产生的电子束的峰值电流超过100kA。电子束的亮度达到10＾16A／m＾2，可与目前传统加速器的最高电子亮度相媲美。

相关研究成果已发表于美国国家科学院院刊PNAS上。

激光调控金属间电子转移及配合物

功能取得新进展

日前，精细化工国家重点实验室刘涛教授课题组成功利用激光实现了对磁偶极矢量、电偶极矢量、膨胀行为、和荧光发射行为的可逆操纵，这为进一步实现光调控分子稳态材料多功能化和器件化提供了基础。

光应答分子材料可以在不同波长的光照射下在两个或多个状态之间可逆切换，导致材料颜色、形状、磁性、导电性等物理化学性质变化，从而在分子开关、传感及高密度存储器件等领域具有广阔的应用前景，近年来受到能源、催化、多功能材料等领域研究者们的广泛关注。

然而，目前光响应材料特别是有机分子材料往往涉及分子结构层次上的化学键改变或基团转动，受限于空间位阻，通常只能在溶液中进行高效的转换，如何在固态实现各种功能的快速可逆控制是发展固态光响应分子器件中面临的重要挑战。光致金属离子的电子迁移或者重排可以在电子结构层次调控材料性能，并在固态进行高效可逆的转变，为实现固态分子开关材料多功能调控提供了途径

该课题组深入思考光诱导电子迁移重排与材料多功能耦合之间的关系，提出利用电子迁移与重排引起的自旋、电荷、键长以及吸收光谱的变化控制磁性、电性、热膨胀和光学性质等。

刘涛教授课题组的青年教师孟银杉考虑匹配稀土元素的电子结构特性，设计构筑了一例稀土磁性双稳态分子。其可以在分子尺度保持磁化状态，并能利用外界磁场控制磁偶极取向，实现磁性双稳态间的切换。同时，利用带正电荷的FeII自旋转变基元与带负电荷的建筑单元连接构筑一维链，通过激光诱导自旋电子重排与电荷重新分布调控材料的电子结构，实现了磁性和介电功能对外界刺激的协同响应，为利用电性测量跟踪磁性状态提供了方法。

美科学家实现纳米颗粒覆盖

的激光微球上转换红外光

据麦姆斯咨询报道，美国伯克利实验室（Berkeley Lab）的研究人员展示了一种在聚合物微球形状上有趣的回音壁模式激光结构（whispering－mode lasing structure），微球的直径约为5μm，上面覆盖着掺铥氟化钇钠（thulium－doped sodium yttrium fluoride）纳米微粒。

这项研究源于伯克利实验室的分子实验室（Molecular Foundry）最初的理论发现，该研究利用计算模型预测暴露于特定频率红外激光的掺铥纳米微粒（thulium－doped nanoparticles），将发出更高频率的光，事实上，这就是一种光的“上转换（upconversion）”现象。

目前，研究者已通过实验证明了这种上转换。

图左：由激光照射的微球（在图像顶部显示的黄色斑点）产生循环于微球内部（粉红色的环）的光模态；图右：模拟了5μm微球内部光场的分布情况（图片来源：Angel Fernandez－Bravo ／劳伦斯伯克利国家实验室）

当红外激光激发了微球外表面的掺铥纳米微粒时，纳米微粒发出的光就可在微球内表面反弹，如同圆形墙壁上反射的声波（回音壁）一样。由于光在几分之一秒的时间内围绕微球进行了数千次圆周运动，这会导致某些频率的光自身产生干涉，可在相长干涉时产生明亮的光，在相消干涉时产生暗点。一旦达到一定阈值，光就可以在级联放大效应中激发更多的光发射。

研究人员通过利用在掺铥上转换纳米微粒和合适微球尺寸中发现的能量循环激发机制，实现了极低激发水平的连续波上转换激光。

该论文还指出，使用红外线照射特殊涂层微粒，使其在蓝色和近红外波长下产生稳定的激光，可持续超过5小时。这与其他报告中的只能间歇运行的上转换纳米级激光形成了鲜明的对比。

该论文的作者之一Jim Schuck解释说：“大多数基于纳米粒子的激光器升温会很快，并会在几分钟内熄灭。我们的激光则会一直存在，该性能让我们可针对不同应用调整其信号。”

目前，研究人员正在探索：通过改变微球的大小和组成，来调整这种连续发射微激光器的输出光。他们正利用分子实验室名为“WANDA（自动纳米材料发现和分析工作站）”的机器人系统，来将不同掺杂元素结合起来，并调整纳米微粒的性能。

研究者们认为这些微尺寸激光器可在复杂的生物环境中找到传感和照明的相关应用。

无创激光治疗近视迈出新一步

哥伦比亚大学Sinisa Vukelic团队开发出一种非侵入性的无创激光视力矫正法。

Vukelic团队的目标在于实现真正的无创视力矫正，研究人员用飞秒振荡器产生极高频率的脉冲式激光。它可以诱导角膜内水分子的电离，产生活性氧物质并与周围的胶原蛋白相互作用，形成交联，从而改变角膜结构，以达到矫正视力的效果。实验证明角膜的这种变化是光化学性质的，胶原纤维并没有遭受热变性。

传统近视手术是切开角膜瓣，磨削部分角膜组织，就连最先进的全飞秒激光技术也会产生切口，或多或少都有隐患；而这种新技术则是改变患处的角膜结构，这种方法不光能用在眼睛上，在其他富含胶原蛋白的生物组织上都有应用潜力。

相关研究成果已发表在《自然—光子学》上。

雷神为美军设计100千瓦级激光器

美国大型国防合约商雷神（Raytheon）日前宣布，正在开发一种100千瓦级激光武器系统，初步设计用于整合所谓的“中型战术车辆”系列。此项“美军高能激光战术车辆演示（HEL TVD）”项目设计合同额为1000万美元。美国陆军科技示范项目HEL TVD是陆军间接火力保护能力增强2计划的一部分。

雷神太空和机载系统业务部门情报、侦察和监视系统副总裁Roy Azevedo表示：“这个系统的美妙之处在于它是自主式的。多光谱瞄准传感器、光纤组合激光器、动力和温控子系统采用的是集成式封装，可用于击落火箭、火炮和迫击炮或小型无人机。”

在HEL TVD方案二完成后，单一供应商将获得美国陆军的系统开发和演示合同，以在中型战术车辆系列中建立和整合一套武器系统。预计2019年初将制定价值近1.3亿美元的合同，进行系统的设计、开发和演示。

就在该100kW激光武器系统合同公布前几天，雷神光学工程师Joe Marron因为开发了一种全新方法来收集大型激光雷达的实时数据（这些雷达使用反射光来测量速度和距离），随后他以雷神的名义申请了该专利，经过三年时间，他收到了该专利。

该专利不仅证实了Joe Marron发明的这种从激光雷达向车辆等军事设施提供实时数据的想法是新颖的，还使他成为美国创新史上第1000万项专利的发明者。

雷神目前拥有超过13,000项有效专利，仅在美国就拥有4,500项专利。