- 2018年诺贝尔物理学奖的一半被授予Gérard Mourou和Donna Strickland，以表彰他们产生高强度超短光脉冲的方法
- 超快激光物理是未来电子学发展的关键
由Mourou和Strickland开发的技术在化学、物理和生物学领域产生了巨大的影响，并为FLEET的研究中使用的重要科学方法提供了基础。
斯威本大学的超快激光物理学
斯威本大学的杰夫·戴维斯利用激光脉冲的持续时间仅为千万亿分之一秒，来研究可用于未来一代低能电子产品的新型复杂材料。
该研究领域被称为超快“飞秒”光谱学(一飞秒是持续时间的十亿分之一秒)。
戴维斯教授解释说:“这些持续时间极短的脉冲对于测量亚原子粒子(如电子)的演变是必要的。”
“当你想要测量某物移动的速度时，你需要一个发令枪来启动它，并需要一个东西来停止时钟。
“在100米比赛中，这很简单，因为跑100米所需的时间比你按秒表按钮的速度要慢。
“但是当你想测量电子的精确演变时，它可以在飞秒内改变它们的属性或状态，你需要能够更快地启动和停止时钟。我们使用飞秒激光脉冲来实现这一目标。”
斯威本科技大学拥有南半球最集中的超快激光系统，许多都依赖于Strickland和Mourou开发的技术。事实上，1998年，斯威本大学是澳大利亚第一个安装这种放大激光系统的实验室。
在FLEET中，超快光谱提供了对新材料的基本理解。但这种技术足够灵活，可以在从化学和生物学到物理学和材料科学的广泛领域中增加类似的价值。
Chirped-pulse放大
Mourou和Strickland开发的啁啾脉冲放大技术(CPA)是实现这种灵活性的关键，从而使许多领域的科学发现成为可能。
CPA允许每微秒产生高能脉冲，即每秒100万个脉冲，这意味着可以在合理的时间内进行光谱测量，从而获得足够的数据，从而将微弱信号的噪声水平降至最低。
这也使得改变不同的控制参数成为可能，以建立影响特定过程的动力学和机制的重要因素的全面图景。
激光脉冲的极高能量确保了非线性过程的高效，这使得研究人员可以“调整”波长:产生横跨电磁波谱的激光，从远红外线到可见光、紫外线甚至x射线。
探测属性并强制FLEET中的临时状态
除了探测新奇复杂的材料，这些高能超短激光脉冲还可以用来控制这些材料的性质，甚至驱动它们改变状态，成为物质的新型量子态。
戴维斯教授解释说:“在FLEET，我们正在开发将二维材料从普通绝缘体转变为拓扑绝缘体的方法，然后再变回来。”
拓扑绝缘体是这是一种相对较新的物质状态，获得了2016年诺贝尔物理学奖，它有一个迷人的特性，即它们不通过内部导电，但电流可以在边缘无阻力地流动，因此没有能量损失。
FLEET将利用这种独特的特性开发新一代拓扑电子设备，在切换时不浪费能量。
这项拟议的技术还可能比目前硅基电子产品的转换速度快得多。
戴维斯说:“超快激光脉冲可以对材料的性质进行精细控制，为我们提供了超快开关的潜力。”
“这种精致的控制和我们对动态的超快测量将使我们能够充分理解这些相变，使我们能够在未来的设备中优化它们的控制。
“所以，这是基础科学，但具有即时应用，”戴维斯解释说。
“这些实验增强了我们对拓扑相变的基本理解，我们将这些知识用于未来超低能量、基于拓扑的电子产品的研究。”
FLEET是澳大利亚研究委员会资助的研究中心，汇集了100多名澳大利亚和国际专家，开发新一代超低能耗电子产品。
这种工作背后的动力是计算所消耗的能量日益增加美国耗电量占全球的5-8%，而且每十年就翻一番。
更多的信息
- 联系杰弗里·戴维斯教授jdavis@swin.edu.au
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