想象一下，窗戶可以很容易地轉變為(wei) 鏡子，或者超高速計算機不是靠電子而是靠光來運行。這些隻是光學工程可能出現的一些潛在應用，光學工程是利用激光快速和暫時改變材料屬性的做法。加州理工學院物理學教授謝漢強（David Hsieh）說：“這些工具可以讓你在按下電燈開關(guan) 時改變材料的電子特性。但是這些技術一直受到激光器在材料中產(chan) 生過多熱量問題的限製。”

在《自然》雜誌的一項新研究中，謝漢強和他的團隊，包括主要作者和研究生單俊義(yi) （音譯），報告了在不產(chan) 生任何多餘(yu) 的破壞性熱量的情況下，成功地使用激光來大幅雕琢材料的特性。

單俊義(yi) 說：“這些實驗所需的激光器非常強大，所以很難不加熱和損壞材料。一方麵，我們(men) 希望材料受到非常強烈的激光照射。另一方麵，我們(men) 不希望材料完全吸收這些光。”

單俊義(yi) 表示，該團隊找到了一個(ge) 解決(jue) 這個(ge) 問題的“合適地帶”，激光的頻率被微調，以明顯改變材料的特性，而不產(chan) 生任何不必要的熱量。

科學家們(men) 還說他們(men) 找到了一種理想的材料來證明這種方法。這種材料是一種叫做三硫磷化錳的半導體(ti) ，在廣泛的紅外頻率範圍內(nei) 自然隻吸收少量的光。在他們(men) 的實驗中，研究人員使用強烈的紅外激光脈衝(chong) ，每個(ge) 脈衝(chong) 持續約10~13秒，以迅速改變材料內(nei) 部電子的能量。結果，對於(yu) 某些顏色的光，該材料從(cong) 高度不透明的狀態轉變為(wei) 高度透明的狀態。

研究人員說，更關(guan) 鍵的是，這個(ge) 過程是可逆的。當激光關(guan) 閉時，該材料立即回到其原始狀態，完全沒有受到影響。如果材料吸收了激光並發熱，這是不可能的，因為(wei) 材料需要很長時間來散熱。新工藝中使用的無熱操作被稱為(wei) “相幹光學工程”。

該方法之所以有效，是因為(wei) 光改變了半導體(ti) 中電子的能級差異（稱為(wei) 帶隙），而沒有將電子本身“踢”到不同的能級，而這正是產(chan) 生熱量的原因。

“這就像你有一艘船，然後一個(ge) 大浪襲來，大力地將船上下搖晃，卻沒有導致任何乘客掉下來，”謝漢強解釋說，“我們(men) 的激光正在大力搖動材料的能級，這改變了材料的特性，但電子卻保持原狀。”

研究人員以前曾設想過這種方法將如何工作。例如，在20世紀60年代，加州理工學院Jon H. Shirley提出了關(guan) 於(yu) 如何在光的存在下解決(jue) 材料中電子能級的數學想法。在這項工作的基礎上，謝漢強的團隊與(yu) 加州大學聖塔芭芭拉分校的理論家葉孟興(xing) 和Leon Balents合作，計算了激光照射在三硫磷化錳中的預期效果。謝漢強說，該理論以“非凡的”精度與(yu) 實驗相匹配。

謝漢強說，這些發現意味著其他研究人員現在有可能利用光來人工創造材料，例如奇異的量子磁鐵，否則這些材料很難甚至不可能自然創造。

單俊義(yi) 說：“原則上，這種方法可以改變材料的光學、磁性和許多其他屬性。這是一種從(cong) 事材料科學的替代方式。與(yu) 其製造新材料來實現不同的特性，我們(men) 可以隻用一種材料，並最終賦予它廣泛的有用特性。”