光与物质的互相作用除了是探究低维量子材料微观化学机制的重要侦测手段，但是超短、超强脉冲激光还可作为电子结构及物态的有效调控手段，实现平衡态所不具有的新物态、新效应。
近来，复旦学院化学系周树云院士和合作者首次在半导体材料黑磷中实现了脉冲激光诱导的弗洛凯瞬时能带调控，并发觉其与黑磷的赝载流子具有奇特的耦合作用及光学选择定则，研究工作以“-bandinblack”为题发表在上。同刊物发题为“光调控模型半导体性质”（“Lighttheofamodel”评述文章对该工作的意义进行正面评价。
图1：半导体材料弗洛凯能带调控示意图。
低维量子材料具有丰富的化学特点，当前的研究主要聚焦在这种材料的平衡态特点，而对其非平衡态化学及超快动力学的研究尚处于发展阶段。在超快时间尺度（飞秒甚至皮秒，10-15或10-12秒）上实现电子结构和化学特点的检测和调控，除了才能拓展非平衡态化学知识的前沿凝聚态物理是什么意思，还将为未来新型、高速元件的开发和应用奠定重要的科学基础。在非平衡态超快动力学和瞬时物态调控研究中，一个倍受关注的重要研究方向是通过周期振荡的势场诱导量子物态的变化，从而实现对其电子结构的调控，该方案被称为弗洛凯工程()。在晶体中，原子在实空间的周期性排列构成了晶体结构并从而造成了电子的能带结构在动量空间具有周期性；与之相类比，外加的周期振荡的势场也将造成电子在能量空间出现能带结构的周期性复制，从而产生弗洛凯态（图1）。进一步地，通过电子与周期势场的互相作用对低维量子材料的能带结构、对称性及拓扑性质的瞬时调控，可实现平衡态所不具有的新物态，比如，将拓扑乏味的材料转变为拓扑材料，实现远离平衡态的拓扑超导态等。上述借助周期场驱动的量子物态调控机制被称为弗洛凯工程()。
弗洛凯调控的概念自上个世纪初被提出后就造成了化学学家的广泛关注，并被应用于汇聚态化学、冷原子化学和光晶格等领域。近六年来，弗洛凯瞬时能带和物性调控早已发展成为国际上汇聚态化学和材料科学的一个重要科学前沿。但是，虽然理论方面涌现出丰富的预言，与之产生鲜明对比的是汇聚态体系中的实验进展十分少。好多关键的科学问题，比如，能够在常规材料（比如，半导体）中实现能带结构的瞬时调控，依然有待实验的否认。
图2：借助超快时间区分角区分光电子能谱在黑磷中实现弗洛凯瞬时能带调控。
周树云研究组多年来旨在于低维量子材料的电子能谱和非平衡态超快动力学的研究，尤其是弗洛凯能带及物态调控的实验研究。因为弗洛凯调控要求迸发光源具有低光子能量、强峰值电场等极端实验条件，她们针对领域难点投入了大量的精力，攻破了中红外强场脉冲迸发光源以及与角区分光电子能谱仪结合方面的困难，研发出具有前沿技术指标的超快时间区分角区分光电子能谱()系统。在材料体系方面，她们巧妙地选定了黑磷这个具有小带隙、高迁移率的精典半导体材料。通过精细调节中红外迸发光源的光子能量，她们发觉当光子能量与带隙接近共振时，黑磷的电子结构从平衡态的抛物线形状演变为在带顶打开能隙的“墨西哥帽”形状（图2中蓝色箭头所指），并观察到了复制的弗洛凯边带。在此基础上，她们通过系统性地探究该瞬时能隙对时间、光强和电子参杂等变量的响应等，确认了所观测到的瞬时能隙是由弗洛凯能带工程所造成。
更有意思的是，她们发觉黑磷中的弗洛凯能带工程对迸发光源的偏振光具有强烈的选择性：只有当泵浦光偏振光顺着黑磷的扶手椅型()方向时，就会出现瞬时能隙，阐明出弗洛凯能带工程调控具有特定的光学选择定则。结合理论剖析，她们强调这一独特的偏振光选择效应来始于黑磷的赝载流子自由度（黑磷元胞中富含两个子晶格，对应的两基态系统可类比载流子）。那些研究结果除了为弗洛凯能带调控提供了重要的思路，同时也为进一步探求拓扑物态、关联物态（磁性、超导等）的瞬时调控奠定了重要的基础。
图3：参与项目研究的实验团队成员。
该论文的通信作者是数学系周树云院士，论文共同第一作者为复旦学院化学系2017级博士生周绍华和复旦学院“水木学者”鲍昌华。合作者包括复旦学院化学系段文晖教授、于浦院士，上海民航航天学院汤沛哲院士凝聚态物理是什么意思，中科院化学所孟胜研究员等。
该研究工作主要深受科技部国家重点研制计划、自然科学基金委国家杰出青年科学基金项目、重点项目和重大科研仪器研发项目的支持。据悉，该研究工作还遭到国家自然科学基金委基础科学中心项目和中国科大学项目的支持。
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