解決激光光譜學(xué)中區(qū)分單光激發(fā)和多光激發(fā)的問(wèn)題

?在這種新方法中，不同功率的激光脈沖（綠色）以這樣的方式組合，可以區(qū)分出單激發(fā)（藍(lán)色）、雙激發(fā)（紅色）和三激發(fā)（黃色），例如在生物采光復(fù)合物中。資料來(lái)源：烏爾茲堡大學(xué)的Julian Lüttig。

1960年第一臺(tái)激光器的建造迎來(lái)了光的商業(yè)應(yīng)用，它已成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?。同時(shí)，這一發(fā)展開(kāi)辟了激光光譜學(xué)的科學(xué)領(lǐng)域--這一技術(shù)是材料分析和基本物理現(xiàn)象研究的核心。

盡管取得了所有的成功，然而，自20世紀(jì)70年代以來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)一直在努力解決這樣一個(gè)問(wèn)題：激光照射在一個(gè)樣品上，每次實(shí)驗(yàn)不僅可以激發(fā)它一次，而且可以激發(fā)幾次。在這種情況下，單次激發(fā)和多次激發(fā)的測(cè)量結(jié)果是重疊的，通常不能分開(kāi)，這使得我們很難理解材料。

為了彌補(bǔ)這一點(diǎn)，激光功率通常被降低到這樣的程度，即多次激發(fā)比單次激發(fā)更不可能。然而，它們不能被完全避免，因此會(huì)導(dǎo)致對(duì)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤解釋。即使多重激發(fā)本身是調(diào)查的對(duì)象，仍然很難區(qū)分兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)，甚至更多的激發(fā)。

一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題有一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案

來(lái)自維爾茨堡Julius-Maximilians大學(xué)（JMU）和渥太華大學(xué)（加拿大）的一個(gè)物理學(xué)家和物理化學(xué)家團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)解決了這個(gè)幾十年的問(wèn)題。他們?cè)诒酒诘摹蹲匀弧冯s志上介紹了他們的方法。在維爾茨堡教授Tobias Brixner小組進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用了常見(jiàn)的 "瞬時(shí)吸收 "方法來(lái)追蹤各種材料在百萬(wàn)分之一秒內(nèi)發(fā)生的極快變化。

雖然標(biāo)準(zhǔn)方法使用單一的激光功率，但研究人員使用了幾種不同的功率，并根據(jù)一個(gè)新推導(dǎo)的公式將數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)。通過(guò)這種方式，他們能夠系統(tǒng)地分離從單倍到六倍激發(fā)的效果。

"Brixner說(shuō)："不久前，我還不認(rèn)為這樣的區(qū)分是可能的，""尤其是用這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，任何光譜研究小組都可以實(shí)施和使用，不需要太多的額外努力。

然而，得出這個(gè) "配方 "并不簡(jiǎn)單，需要進(jìn)行深入分析。理論家和合作者渥太華大學(xué)的Jacob Krich教授解釋說(shuō)："光和物質(zhì)的相互作用是如此豐富，我們已經(jīng)證明了一個(gè)隱藏在其中的美麗結(jié)構(gòu)。這種方法幾乎適用于你想要研究的任何樣品，這一事實(shí)真的讓我們所有人都感到驚訝"。

從光合作用到材料科學(xué)的應(yīng)用

這種新方法具有廣泛的潛在應(yīng)用。第一作者Pavel Maly，在研究時(shí)是Brixner的博士后，現(xiàn)在是布拉格查爾斯大學(xué)的研究員，他解釋說(shuō)："分離來(lái)自單次和多次激發(fā)的信號(hào)對(duì)具有密集光吸收體的大型系統(tǒng)特別有用，例如天然光合作用復(fù)合物或有機(jī)材料。"

在未來(lái)，作者計(jì)劃擴(kuò)展該方法，以闡明，例如，新型光伏材料中的能量傳輸。

參考信息

Pavel Maly et al, Separating single- from multi-particle dynamics in nonlinear spectroscopy,Nature(2023).DOI: 10.1038/s41586-023-05846-7

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