科技日報訊 （記者常麗君）奧地利維也納技術大學與日本築波大學研究人員通過電腦模擬證明，只需用鐳射照一下，不到一秒鐘石英玻璃就會具有金屬的性質。研究人員指出，利用這種效應來製造邏輯開關，會讓現有微電子設備的速度大大提高。相關論文發表在8月18日《物理評論快報》上。

　　此前德國科學家曾做過一項實驗。當用鐳射照射石英玻璃時，能在其中檢測到電流，而照射之後玻璃幾乎立刻恢復為先前狀態。據物理學家組織網8月27日（北京時間）報道，本研究從理論上探討了在絕緣體中，超短鐳射脈衝誘導的超快電流是怎樣産生的。

　　通常石英玻璃都是絕緣的，不能導電，但只要用超短鐳射脈衝照一下，玻璃的電學屬性就會在幾飛秒（1飛秒＝10-15秒）內發生根本改變。如果鐳射脈衝足夠強，其中的電子就能自由移動。在一段極短的時間內，石英玻璃會變得像金屬一樣，不透明而且能導電。這種性質的轉變能瞬間完成，由此可以作為一種超快光基電子設備。

　　從量子力學角度，電子在固體材料中可同時處於不同狀態：它可以緊緊綁在某個原子附近，也可以處在一個較高能態。較高能態讓它可以在兩個原子之間運動，就像把一個小球放在一個坑裏：小球的能量很小時，只能呆在那個坑裏，如果它獲得了足夠動能，就能自由運動。

　　論文第一作者、維也納技術大學理論物理學研究所的喬治·沃奇特説：“鐳射脈衝的能量大大改變了石英中的電子狀態，它不僅能把能量轉移給電子，還能完全打亂材料中電子態的整個結構。”

　　目前所用的電晶體，每次開關都要有大量載荷子運動，直至達到新的平衡態，這會耗費時間。如果用鐳射脈衝來改變材料性質，情況就會完全不同，這裡的線路換態過程來自電子結構和原子電離的改變。論文合著者克裏斯托弗·裏默説，在已知的固態物理學中，這些效應發生的速度是最快的過程之一。電晶體的發動時間通常為皮秒級（1皮秒＝10-12秒），而用鐳射脈衝改變電流比它快一千倍。

　　“利用電腦模擬，我們能通過慢動作來研究事物隨時間的演變，觀察材料中究竟發生了什麼。”維也納技術大學理論物理學研究所教授喬吉姆·伯格多弗説，但要模擬這種效應極為複雜，必須同時考慮到許多量子過程，如材料的電子結構、鐳射與電子相互作用、電子間相互作用等。

　　計算顯示，超快電流會對材料的晶體結構和化學鍵産生顯著影響，因此研究人員還會用不同材料來實驗，以觀察怎樣才能更有效地利用這種效應。

　　總編輯圈點

　　超短鐳射脈衝與透明介質之間相互作用非常有趣，可能産生光效應、熱效應、電效應和結構變化等，我們要做的就是找出發生這些效應的原理，並對現象加以應用。本研究選擇了電效應和石英玻璃作為突破口，玻璃具有均質、透明、能自由地溶入各種離子及非常容易加工形成各種複雜的形狀等特徵。如果能添加稀有金屬等元素對玻璃的微觀結構進行有選擇性的修飾，相信還有可能實現前所未有的功能。