挑战

先进的二维材料，如复杂的氧化物异质结构和范德华 (vdW) 晶体（二维材料的多层三明治结构体），是用于磁存储器、太阳能电池和其他光子学应用的新型优良材料。 荷兰代尔夫特理工大学 Kavli 纳米科学研究所的 Andrea Caviglia 教授带领一个小组，正在对几类二维材料的超快动力学进行重要的基础研究。 他说：“我们的目标之一是了解材料的瞬态结构变化如何影响亚皮秒时间尺度上的磁特性。 这需要一种方法来生成各个层的原始样本，然后设法激发低频声子模并观察结果。”

解决方案

借助用于脉冲激光沉积 (PLD) 的相干公司 248 nm 级 LPX Pro 准分子激光器，可以制造复杂材料的化学计量薄膜，从而使得制造薄膜样品变成了可能。

分析超快动力学具有很大的技术难度，因为泵浦探测方法需要可调谐光进入中红外波段充当泵浦脉冲，进而选择性激发特定声子的振动。 然后，通过跟踪光子能量为 1.55 eV（即 800 nm）的时间延迟共传播近红外探测脉冲的强度 I 和偏振平面 θ 的旋转，测量泵浦诱导动力学特性。 Caviglia 解释说：“我们需要产生较高强度中红外波段脉冲，这种脉冲对应于 MV/cm 级电场，并且需要很高的稳定性。 我们使用相干公司 Astrella 放大器来泵浦一对可调谐光学参数放大器 (OPA)，并在 GaSe 晶体中对其输出进行组合以产生差频 (DFG)，从而获得这些脉冲。 总而言之，这其中有很多非线性过程，因此放大器的输出稳定性是我们成功的关键。”

结果

Caviglia 小组最近发表的文章表明他们的泵浦探测方法取得了成功。 在这项研究中，他们展示了如何通过激发样品的磁子，来调控二维范德华反铁磁体 NiPS3 中的磁各向异性。 由于 Astrella 放大器及其 DFG 设置的长期稳定性，使得其中一些数据运行持续了数小时。