基尔大学 拓扑材料，如钨二碲镉汞，这里是一个超高真空室内的样品，具有特殊的电子特性，对外部扰动非常稳定
信用:AG鲍尔 在物理学中，它们是目前密集研究的主题；在电子学中，它们可以实现全新的功能
所谓的拓扑材料的特征是具有特殊的电子性质，这种性质对外部扰动也非常稳定
该材料组还包括钨二碲镉汞
在这种材料中，这种拓扑保护状态可以在几万亿分之一秒(“皮秒”)内用特殊的激光脉冲“打破”，从而改变其性质
这可能是实现极快的光电开关的关键要求
基尔大学(CAU)的物理学家与德累斯顿的马克斯·普朗克固体化学物理研究所、清华大学和上海理工大学的研究人员合作，首次能够在实验中实时观察到这种材料的电子性质的变化
利用激光脉冲，他们将钨二碲镉汞样品中的原子置于受控激发状态，并能够通过高精度测量“实时”跟踪电子特性的变化
他们最近在科学杂志《自然通讯》上发表了他们的结果
具有异常电子性质的钨半金属 CAU大学的固体物理学教授米迦勒·鲍尔解释说:“如果这些激光引发的变化可以再次逆转，我们基本上就有了一个可以光学激活的开关，它可以在不同的电子状态之间变化。”
另一项研究已经预测了这种转换过程
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最近能够直接观察到钨的原子运动
在他们的研究中，来自CAU实验和应用物理研究所的物理学家现在专注于电子的行为，以及如何使用激光脉冲改变同一种材料的电子特性
“钨二碲中的一些电子是高度可移动的，因此它们是电子应用的优秀信息载体
这是因为它们的行为类似于所谓的韦勒费米子，”博士研究员佩特拉·海因在解释这种也被称为韦勒半金属的材料的不同寻常的性质时说
韦勒费米子是具有特殊性质的无质量粒子，以前只是作为固体中的“准粒子”间接观察到，如钨二碲镉汞
“第一次，我们现在能够使电子结构区域的变化变得可见，在这些区域中展示出这些韦勒特性
" 为了记录几乎看不到的钨二碲镉汞电子性质的变化，需要一个高灵敏度的实验装置，这是基尔的研究小组在过去几年中开发的
信用:AG鲍尔 材料的激发会改变其电子性质 为了捕捉电子特性中几乎看不见的变化，需要高灵敏度的实验设计、极其精确的测量和对所获得数据的广泛分析
在过去的几年里，基尔研究小组能够开发出这样一个具有必要长期稳定性的实验
利用产生的激光脉冲，他们将钨二碲镉汞样品中的原子置于振动激发状态
出现了不同的重叠振动激发，这又改变了材料的电子性质
“众所周知，这些原子振动中的一种会改变韦勒电子的性质
我们想弄清楚这种变化到底是什么样子，”海因说，他描述了这项研究的一个关键目标
一系列快照显示了属性如何变化 为了观察这一特定过程，研究小组在几皮秒后用第二个激光脉冲照射材料
这释放了样品中的电子，从而可以得出关于材料电子结构的结论——这种方法被称为“时间分辨光电子能谱”
“由于曝光时间短，只有0
1皮秒，我们得到了材料电子状态的快照
我们可以将这些单独的图像组合成一张胶片，从而观察材料对第一个激光脉冲的激发是如何反应的
斯蒂芬·雅克尼克解释测量方法
在极短的修改过程中记录单个数据集通常需要一周时间
基尔研究小组使用一种新开发的分析方法评估了大量这样的数据集，因此能够直观地看到钨二碲的电子Weyl性质的变化
物理学博士生佩特拉·海因和博士
斯蒂芬·雅克尼克利用超短激光脉冲拍摄了一系列快照，展示了材料的特性是如何变化的
信用:AG鲍尔 可以想象极短的转换过程 “我们的结果证明了固体原子的振动和钨二碲镉汞不寻常的电子性质之间敏感而高度选择性的相互作用，”鲍尔总结道
后续研究旨在调查这种电子转换过程是否能更快地被触发——直接通过照射激光脉冲——正如已经在理论上对其他拓扑材料所预测的那样
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