段绍峰、程运、夏威、杨媛媛、徐骋洋、齐峰峰、黄超之、唐天威、郭艳峰、罗卫东、钱冬、导游、张杰、张文涛

  二维电子态中存在很多独特的量子现象，如量子霍尔效应（1985年诺贝尔物理奖）、石墨烯中的狄拉克电子态（2010年诺贝尔物理奖）和超导增强等。这些二维电子态一般经过机械剥离、人工异质结、分子束外延成长等办法制作人工结构来完成；本项目提出并完成了在量子材猜中使用超快激光调控发生二维电子态的新办法。该办法使用在特定激光强度下激起相干电子—声子相互效果所引起的资料晶格微观周期性畸变，结合激光在材猜中因为穿透深度引起的强度散布，因而导致这种晶格畸变在材猜平分层呈现并在晶格畸变层与原始层之间完成了一种长程有序的二维电子态。

  该项目对1T-TiSe2这一传统的三维电荷密度波资料来了高分辩的超快激光控制研讨。经过时刻分辩角分辩光电子能谱的丈量，发现跟着激光泵浦能量的添加，电子态的线宽在特定泵浦能量下会呈现替换削弱的反常现象。这种独特的现象只要在电子维度从三维退变成二维才干得到合理的解说。进一步研讨之后发现，超快电子结构在高激起密度下表现出非简谐振动现象，意味着强激光效果可引起晶格畸变回转，然后可在晶格畸变回转区与非回转区构成二维电子结构。经过高分辩兆伏特超快电子衍射试验，调查到了代表周期晶格畸变的超晶格峰在强激光泵浦效果下先消失再呈现的特征，为激光效果下晶格畸变回转的存在供给了确定性依据。超快电子结构和超快电子衍射试验数据与含时的、空间散布的Ginzburg-Landau双势阱模型模拟计算结果符合，证明飞秒激光诱导晶格畸变回转可在三维材猜中完成二维电子态。经过时刻分辩角分辩光电子能谱丈量，在该二维电子结构中进一步发现电子态密度的添加和存在能隙的痕迹，标明有或许呈现光致非平衡高温超导现象。这些发现初次展示了使用超快激光完成对电子态维度的调控，并发生独特的量子现象。

  先进仪器的研发和试验精度的提高是取得此新发现的要害。在国家和校园人才方案的支持下，张文涛研讨组自主研发了具有世界领先水平的时刻分辩角分辩光电子能谱仪，时刻分辩率（113 fs）和能量分辩率（16.2 meV）的乘积挨近物理极限，达到了世界上同类仪器的顶配水平。张杰、导游研讨团队在基金委国家严重科研仪器研发项目（部分引荐）的支持下，研发了时刻分辩率优于50 fs （FWHM）的兆伏特超快电子衍射设备。本研讨结合了时刻分辩角分辩光电子能谱仪对电子灵敏和兆伏特超快电子衍射设备对原子灵敏的优势，分别从超快电子结构和超快晶格动力学两方面供给了相关发现的试验依据。

  自主研发的具有世界领先水平的时刻分辩角分辩光电子能谱仪（左）和兆伏特超快电子衍射设备（右）