近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體(ti) 物理研究所計算物理與(yu) 量子材料研究部徐文課題組與(yu) 中國工程物理研究院合作，應用太赫茲(zi) 自由電子激光裝置（CTFEL）裝置，開展電子材料的太赫茲(zi) 動力學特性研究，相關(guan) 研究成果以Picosecond terahertz pump-probe realized from Chinese terahertz free-electron laser為(wei) 題，發表在Chinese Physics B上。

電子能量弛豫時間是電子材料的關(guan) 鍵物理參數之一。研究人員利用CTFEL特有的太赫茲(zi) 脈衝(chong) 結構（特別是皮秒脈寬微脈衝(chong) 結構），搭建首創的“單色皮秒太赫茲(zi) 泵浦-探測”係統（圖1），基於(yu) 此係統，測量半導體(ti) 材料的泵浦-探測特性及電子能量弛豫時間，研究室溫下高遷移率n-GaSb晶體(ti) 在不同自由電子激光輻照頻率下的動力學電子特性。研究人員結合理論模型的擬合（圖2）發現，在1.6THz（輻照功率為(wei) 10W）和2.4THz（輻照功率為(wei) 25W）激光輻照下獲得n-GaSb晶體(ti) 的電子能量弛豫時間分別為(wei) 2.92ps和2.32ps，該結果與(yu) 應用四波混頻技術得到的實驗結果一致。

研究進一步發現，在強太赫茲(zi) 自由電子激光輻射下，電子-聲子散射誘導的熱電子效應或非線性電子響應會(hui) 導致半導體(ti) 材料中電子能量弛豫時間的減小，此時電子從(cong) 輻射激光場獲得能量，通過發射聲子（或晶格振動）耗散能量。當聲子發射的能量損失率小於(yu) 光子吸收的能量增益率時，材料中的電子會(hui) 被加熱，從(cong) 而使電子弛豫時間減小。

我國自主研製的首台太赫茲(zi) 自由電子激光裝置於(yu) 2017年底在成都飽和出光並投入運行，標誌著我國太赫茲(zi) 科技已正式步入自由電子激光時代。該研究中基於(yu) CTFEL搭建的“單色皮秒太赫茲(zi) 泵浦-探測”係統與(yu) 其它超快光電探測技術相比，在電子和光電子材料研究中具有優(you) 勢：不涉及光生載流子和相關(guan) 激子效應，可測量自由電子的動量和能量弛豫動力學過程；實現單色太赫茲(zi) 泵浦和探測，無需對測量數據進行傅裏葉變換來分析實驗結果；結合自由電子激光的頻率連續可調性，實現對太赫茲(zi) 泵浦-探測的輻照頻率選擇。研究表明，基於(yu) 自由電子激光的“單色皮秒太赫茲(zi) 泵浦-探測”技術，可為(wei) 電子和光電子材料的動力學特性研究提供新的測量方法，拓寬脈衝(chong) 型太赫茲(zi) 自由電子激光的應用研究領域。

該研究得到國家自然科學基金委員會(hui) -中國工程物理研究院聯合基金（NSAF）的支持。（來源：中國科學院合肥物質科學研究院）