一项由米兰理工大学主导的最新研究在《Nature Photonics》上发表的论文揭示了绝缘体材料中虚拟电荷的关键作用。这些虚拟电荷是仅在与光发生相互作用时存在的载流粒子，却能显著影响材料的光学响应。

用于操控阿秒光脉冲的高精度光学元件。图片来源：米兰理工大学

在阿托秒研究中心的实验室里，由镜片、透镜和精密仪器构成的复杂网络引导着超快激光脉冲。图片来源：米兰理工大学

现代物理与光子学的重要挑战之一，是理解材料在极短暂光脉冲照射下的行为。此次研究中，米兰理工大学联合筑波大学、马克斯·普朗克结构与物质动力学研究所，以及光子与纳米技术研究所（Cnr-Ifn），共同探索了虚拟电荷现象。

研究团队以单晶金刚石为实验对象，利用持续仅数阿秒（十亿分之一的十亿分之一秒）的光脉冲，采用阿秒瞬态反射光谱法，全程记录了超快过程。

通过实验数据与先进数值模拟比对，科学家首次分离出材料电子能带间“虚拟垂直跃迁”的效应。这项发现改变了过去对光与固体材料极端条件下相互作用的认识，以前人们更多关注实际电荷的运动。

米兰理工大学物理系教授、CNR-IFN研究员Matteo Lucchini表示：“我们的工作表明，虚拟载流子的激发过程——仅发生在数十亿分之一的十亿分之一秒内——对于正确预测固体中极速光学响应至关重要。”CNR-IFN研究员Rocío Borrego Varillas补充道：“这些成果是电子学中超快技术发展的关键一步。”

研究进展为制造运行频率达拍赫兹级别（比现有设备快千倍）的超快光学器件，例如开关和调制器，提供了新思路。未来这类技术的发展，需深入理解实际电荷与虚拟电荷的协同作用。

编译自/ScitechDaily