江苏激光联盟导读：来自英属哥伦比亚大学（ University of British Columbia (UBC）的研究人员，发展了一个新的极端紫外（UV）激光源，可以实现时间分辨光电子能谱（time-resolved photoemission spectroscopy），这是一种可以在超快的时间层面对电子的散射过程进行可视化观察。

光电子能谱可以帧动画方式记录，一个电子在固体是如何与一定的原子的振动相互作用的，在一些材料中捕获导致电阻形成的原因和宏观的量子现象如超导性。在振动和电子之间的散射现象，称之为声子，会导致电子改变它的方向和能量。这一声子的相互作用是材料中奇异相产生的基础。

极端紫外激光的超快脉冲在白色的等离子体中的气体射流中发生，荧光屏中可见的蓝色点和 氧荧光的黄色光束

电子的相互作用的方式和他们的微观环境决定了所有固体的性质，研究人员MengXing Na 说到，一旦我们识别了占据主流的决定材料性质的微观相互作用，我们就可以找到一个向上或向下的相互作用来引出有用的电子性质。

采用超快激光脉冲，研究人员从他们的通常的平衡环境中激发了单个的电子。使用一个二次激光脉冲，在实际中类似照相机快门，他们捕获了电子是如何同周围的原子在时间层面是如何散射的，且在时间上要快于百万兆分之一秒。由于我们实验装置的高度敏感性，我们可以直接进行测量，同时是首次测量，激发的电子是如何在一个特定的原子振动或声子中进行相互作用的。

研究人员在石墨烯，就是一个碳的一种晶体结构中进行实验。使用时间-角分辨光电子谱，他们激发了石墨烯中的电子和监控其消逝的过程，同时伴随着声子的释放。这些消逝过程的时间常数提供了在当前的实验系统中电子-声子耦合的直接信息。散射过程对电阻的贡献可以限制以碳为基础的电子在纳米光子中的应用。

控制电子和原子之间的相互作用对于量子材料的应用是非常重要的，包括超导材料，这一材料可以用于核磁共振技术的设备中和高速磁悬浮列车，并且可以在将来的某一天用于能量的传输。通过应用这些前言技术，我们现在可以准备来揭示高温超导性的难以捉摸的秘密和许多量子材料迷人的现象。

这一研究成果发表在顶刊《Science》上。

编辑点评： 电子和声子的耦合-即在固体中的晶格振动，是宏观量子现象如超导性产生的主要因素。然而，实验来测量这一动量变化和对特定的声子模式进行观察是非常困难的。采用时间和角分辨率的光电子能谱技术来激发石墨烯中的电子和监控其消逝过程，这一过程同时伴随着声子的释放。这些消逝过程的时间常数提供了电子-声子在这一系统中耦合的直接信息。

文章来源：Science 06 Dec 2019: Vol. 366, Issue 6470, pp. 1231-1236，DOI: 10.1126/science.aaw1662，Direct determination of mode-projected electron-phonon coupling in the time domain。