激光誘導反鐵磁超快

自旋動力學研究取得進展

脈衝激光誘導的超快自旋動力學可為研究反鐵磁材料提供一個強有力手段，超快脈衝激光泵浦探測的方法由於具有飛秒時間分辨，可在磁性薄膜超快自旋動力學的研究中得到廣泛應用。近年來，超快光磁激發和多鐵性等工作中取得的新進展又激發了人們重新研究稀土－鐵氧化物的超快磁光效應。

最近，中國科學院物理研究所／北京凝聚態物理國家中心磁學國家重點實驗室成昭華研究組研究了Fe／ErFeO3（100）與Fe／DyFeO3（100）異質結構中的超快磁動力學過程。發現在RFeO3（100）單晶襯底上覆蓋Fe薄膜，能夠顯著增強光泵浦反鐵磁鐵氧體的效率。

該研究組利用全光泵浦－探測技術，不僅僅觀察到了以往全光方法隻能在自旋重取向溫區附近觀察到的準鐵磁（Q－FM）模式，還觀察到了尚未被報道的聲子（Phonon）模式。分析表明光泵浦RFeO3反鐵磁超快自旋動力學的增強歸因於光對異質結界面交換耦合的改變。這為進一步研究超快脈衝激光條款反鐵磁材料自旋動力學提供了基礎。

相關研究成果已於近期發表在Advance Materials上。

固體靶超高電荷量相對論

電子加速

日前，中國科學院物理研究所／北京凝聚態物理國家研究中心光物理重點實驗室陳黎明研究員和張傑院士帶領的研究團隊實現了同時具有極高電荷量和極小束團發散角的相對論電子束，這是激光加速的新進展。

該團隊利用美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的Titan激光器（功率：200TW，脈寬：1ps）與固體銅靶相互作用，產生了電荷量～100納庫，發散角小於3度，具有準單能能譜結構的相對論電子束。電子束的品質可以通過調節激光脈衝的對比度和能量來很好的控製。

通過理論分析和數值模擬還揭示了一種新型加速機製：通過激光預脈衝在固體表面提前離化產生近臨界密度的預等離子體；主脈衝大角度入射預等離子體，在其中經曆自成絲效應，部分細絲會被臨界密度面反射，從而在低密度等離子體中形成通道；激光電場會在每一個光學周期內加速一群電子，這些電子群在等離子體通道內被加速成極高電荷量的電子束並被通道中極高的電磁場橫向箍縮，從而具有高度的準直性。

通過分析電子能量增益來源，發現不同於典型的尾波場電子加速，通道內的電子能量主要來源於比等離子體波電場強度還要高的激光電場的直接加速，而等離子體通道的作用則是持續提供電子源、導引激光脈衝並對電子束進行箍縮，這樣就形成了完整的加速結構。

得益於電子束團的極高電荷量和超短脈衝寬度，實驗上產生的電子束的峰值電流超過100kA。電子束的亮度達到10＾16A／m＾2，可與目前傳統加速器的最高電子亮度相媲美。

相關研究成果已發表於美國國家科學院院刊PNAS上。

激光調控金屬間電子轉移及配合物

功能取得新進展

日前，精細化工國家重點實驗室劉濤教授課題組成功利用激光實現了對磁偶極矢量、電偶極矢量、膨脹行為、和熒光發射行為的可逆操縱，這為進一步實現光調控分子穩態材料多功能化和器件化提供了基礎。

光應答分子材料可以在不同波長的光照射下在兩個或多個狀態之間可逆切換，導緻材料顏色、形狀、磁性、導電性等物理化學性質變化，從而在分子開關、傳感及高密度存儲器件等領域具有廣闊的應用前景，近年來受到能源、催化、多功能材料等領域研究者們的廣泛關注。

然而，目前光響應材料特別是有機分子材料往往涉及分子結構層次上的化學鍵改變或基團轉動，受限於空間位阻，通常隻能在溶液中進行高效的轉換，如何在固態實現各種功能的快速可逆控製是發展固態光響應分子器件中面臨的重要挑戰。光緻金屬離子的電子遷移或者重排可以在電子結構層次調控材料性能，並在固態進行高效可逆的轉變，為實現固態分子開關材料多功能調控提供了途徑

該課題組深入思考光誘導電子遷移重排與材料多功能耦合之間的關系，提出利用電子遷移與重排引起的自旋、電荷、鍵長以及吸收光譜的變化控製磁性、電性、熱膨脹和光學性質等。

劉濤教授課題組的青年教師孟銀杉考慮匹配稀土元素的電子結構特性，設計構築了一例稀土磁性雙穩態分子。其可以在分子尺度保持磁化狀態，並能利用外界磁場控製磁偶極取向，實現磁性雙穩態間的切換。同時，利用帶正電荷的FeII自旋轉變基元與帶負電荷的建築單元連接構築一維鏈，通過激光誘導自旋電子重排與電荷重新分布調控材料的電子結構，實現了磁性和介電功能對外界刺激的協同響應，為利用電性測量跟蹤磁性狀態提供了方法。

美科學家實現納米顆粒覆蓋

的激光微球上轉換紅外光

據麥姆斯谘詢報道，美國伯克利實驗室（Berkeley Lab）的研究人員展示了一種在聚合物微球形狀上有趣的回音壁模式激光結構（whispering－mode lasing structure），微球的直徑約為5μm，上面覆蓋著摻銩氟化釔鈉（thulium－doped sodium yttrium fluoride）納米微粒。

這項研究源於伯克利實驗室的分子實驗室（Molecular Foundry）最初的理論發現，該研究利用計算模型預測暴露於特定頻率紅外激光的摻銩納米微粒（thulium－doped nanoparticles），將發出更高頻率的光，事實上，這就是一種光的“上轉換（upconversion）”現象。

目前，研究者已通過實驗證明了這種上轉換。

圖左：由激光照射的微球（在圖像頂部顯示的黃色斑點）產生循環於微球內部（粉紅色的環）的光模態；圖右：模擬了5μm微球內部光場的分布情況（圖片來源：Angel Fernandez－Bravo ／勞倫斯伯克利國家實驗室）

當紅外激光激發了微球外表面的摻銩納米微粒時，納米微粒發出的光就可在微球內表面反彈，如同圓形牆壁上反射的聲波（回音壁）一樣。由於光在幾分之一秒的時間內圍繞微球進行了數千次圓周運動，這會導緻某些頻率的光自身產生幹涉，可在相長幹涉時產生明亮的光，在相消幹涉時產生暗點。一旦達到一定閾值，光就可以在級聯放大效應中激發更多的光發射。

研究人員通過利用在摻銩上轉換納米微粒和合適微球尺寸中發現的能量循環激發機製，實現了極低激發水平的連續波上轉換激光。

該論文還指出，使用紅外線照射特殊塗層微粒，使其在藍色和近紅外波長下產生穩定的激光，可持續超過5小時。這與其他報告中的隻能間歇運行的上轉換納米級激光形成了鮮明的對比。

該論文的作者之一Jim Schuck解釋說：“大多數基於納米粒子的激光器升溫會很快，並會在幾分鍾內熄滅。我們的激光則會一直存在，該性能讓我們可針對不同應用調整其信號。”

目前，研究人員正在探索：通過改變微球的大小和組成，來調整這種連續發射微激光器的輸出光。他們正利用分子實驗室名為“WANDA（自動納米材料發現和分析工作站）”的機器人系統，來將不同摻雜元素結合起來，並調整納米微粒的性能。

研究者們認為這些微尺寸激光器可在複雜的生物環境中找到傳感和照明的相關應用。

無創激光治療近視邁出新一步

哥倫比亞大學Sinisa Vukelic團隊開發出一種非侵入性的無創激光視力矯正法。

Vukelic團隊的目標在於實現真正的無創視力矯正，研究人員用飛秒振蕩器產生極高頻率的脈衝式激光。它可以誘導角膜內水分子的電離，產生活性氧物質並與周圍的膠原蛋白相互作用，形成交聯，從而改變角膜結構，以達到矯正視力的效果。實驗證明角膜的這種變化是光化學性質的，膠原纖維並沒有遭受熱變性。

傳統近視手術是切開角膜瓣，磨削部分角膜組織，就連最先進的全飛秒激光技術也會產生切口，或多或少都有隱患；而這種新技術則是改變患處的角膜結構，這種方法不光能用在眼睛上，在其他富含膠原蛋白的生物組織上都有應用潛力。

相關研究成果已發表在《自然—光子學》上。

雷神為美軍設計100千瓦級激光器

美國大型國防合約商雷神（Raytheon）日前宣布，正在開發一種100千瓦級激光武器系統，初步設計用於整合所謂的“中型戰術車輛”系列。此項“美軍高能激光戰術車輛演示（HEL TVD）”項目設計合同額為1000萬美元。美國陸軍科技示範項目HEL TVD是陸軍間接火力保護能力增強2計劃的一部分。

雷神太空和機載系統業務部門情報、偵察和監視系統副總裁Roy Azevedo表示：“這個系統的美妙之處在於它是自主式的。多光譜瞄準傳感器、光纖組合激光器、動力和溫控子系統采用的是集成式封裝，可用於擊落火箭、火炮和迫擊炮或小型無人機。”

在HEL TVD方案二完成後，單一供應商將獲得美國陸軍的系統開發和演示合同，以在中型戰術車輛系列中建立和整合一套武器系統。預計2019年初將製定價值近1.3億美元的合同，進行系統的設計、開發和演示。

就在該100kW激光武器系統合同公布前幾天，雷神光學工程師Joe Marron因為開發了一種全新方法來收集大型激光雷達的實時數據（這些雷達使用反射光來測量速度和距離），隨後他以雷神的名義申請了該專利，經過三年時間，他收到了該專利。

該專利不僅證實了Joe Marron發明的這種從激光雷達向車輛等軍事設施提供實時數據的想法是新穎的，還使他成為美國創新史上第1000萬項專利的發明者。

雷神目前擁有超過13,000項有效專利，僅在美國就擁有4,500項專利。