飛秒是度量時(shí)間長(zhǎng)短的一種計(jì)量單位，也稱(chēng)為毫微微秒，1飛秒為1秒的一千萬(wàn)億分之一。“飛秒激光”就是在飛秒的時(shí)間段內(nèi)發(fā)出的脈沖激光，也就意味著能量在飛秒間瞬間釋放。

激光被稱(chēng)為“最快的刀”“最準(zhǔn)的尺”“最亮的光”，自20世紀(jì)60年代初人類(lèi)發(fā)明第一臺(tái)激光器以來(lái)，已廣泛應(yīng)用于我們生活的方方面面。激光分連續(xù)激光和脈沖激光，20世紀(jì)80年代，科學(xué)家發(fā)明了一種奇特的激光——飛秒激光，一種人類(lèi)在實(shí)驗(yàn)室可以實(shí)現(xiàn)的超短脈沖激光。它具有超快、超強(qiáng)和超寬頻譜的特點(diǎn)，近年發(fā)展非常迅速，飛秒激光相關(guān)的技術(shù)和前沿應(yīng)用成果已誕生了多項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)，現(xiàn)在很多眼科近視矯正手術(shù)都用到了飛秒激光。

不過(guò)，飛秒激光與物質(zhì)相互作用的機(jī)理錯(cuò)綜復(fù)雜，仍然存在很多疑問(wèn)，連科研人員都捉摸不透它的“脾氣”。近日，浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院邱建榮教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了飛秒激光誘導(dǎo)的空間選擇性微納分相和離子交換規(guī)律，開(kāi)拓了飛秒激光三維極端制造新技術(shù)，首次在無(wú)色透明的玻璃材料內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了帶隙可控的三維半導(dǎo)體納米晶結(jié)構(gòu)。這將為新一代顯示和存儲(chǔ)技術(shù)提供新的方向。

北京時(shí)間2022年1月21日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》刊登了這項(xiàng)成果。論文共同第一作者為浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院博士生孫軻、之江實(shí)驗(yàn)室PI譚德志、上海理工大學(xué)研究員方心遠(yuǎn)。通訊作者為譚德志博士和邱建榮教授。

飛秒激光有何驚人之處？一是瞬時(shí)峰值功率非常高，甚至比全世界發(fā)電總功率還要多出百倍；二是能聚焦到比頭發(fā)的直徑還要小的空間區(qū)域內(nèi)，使電磁場(chǎng)的強(qiáng)度比原子核對(duì)其周?chē)娮拥淖饔昧€要高。當(dāng)將飛秒激光聚焦到透明材料內(nèi)部時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列基于多種高度非線(xiàn)性效應(yīng)的物理化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

光存儲(chǔ)或?qū)⒊蔀樾乱淮拇鎯?chǔ)和顯示材料

浙江大學(xué)邱建榮團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事飛秒激光與材料相互作用研究，并取得一系列高度原創(chuàng)的重要突破。此次研究是在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在玻璃內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了組分可調(diào)的鈣鈦礦納米晶，在“一瞬間”的時(shí)間尺度就能隨心所欲實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和性能操控。

此項(xiàng)研究的一個(gè)應(yīng)用方向就是三維、四維甚至更多維度的光儲(chǔ)存。之江實(shí)驗(yàn)室譚德志表示，“現(xiàn)有的存儲(chǔ)設(shè)備多為磁存儲(chǔ)有一些缺點(diǎn)，一是使用壽命不夠長(zhǎng)，二是耗能比較大，散熱要求高。”光存儲(chǔ)不僅功耗小，而且容量有望達(dá)到1PB/光盤(pán)（1PB=1024TB），將是一個(gè)大有可為的未來(lái)發(fā)展方向，預(yù)期存儲(chǔ)壽命將達(dá)到幾百萬(wàn)年之久。（總臺(tái)央視記者 馬力）