強力紫外雷射揭開粒子如何穿越鑽石之謎

鑽石及類似材料具有在可見光和紅外光下呈現透明的特性。為了研究粒子在其中的運動，需要一種能量更強的光：紫外光。研究團隊得想出辦法打造出一臺桌上型深紫外雷射，以提供所需的能量和精準度。它必須能在材料表面產生奈米尺度的熱圖樣，同時又不改變材料本身。

為此，研究團隊從一臺波長800奈米（剛好在人類可見光邊緣）的近紅外雷射開始。他們讓雷射光穿過非線性晶體，改變其能量，使波長越來越短，最終達到深紫外波段（200奈米）。研究團隊得經歷一個反覆嘗試的過程，讓光依次穿過三個晶體，以達到預期效果。

「我們集思廣益想出了一項新實驗，以拓展我們實驗室的研究範圍，」來自美國科羅拉多大學波德分校的第一作者艾瑪·尼爾森在一份宣告中表示。「在疫情期間，花了好幾年才讓實驗順利運作，但一旦完成裝置搭建，我們就能在桌上型裝置上創造出前所未有的微小尺度圖樣。」

研究團隊使用兩束光束在材料表面創造出一個繞射光柵。其波長極短，能提供觀測所需的奈米尺度精準度。他們確實得以測量熱、電子和機械波如何在金和鑽石等材料中移動，並用電腦模擬驗證了這些觀測結果。

「看到實驗成功，且與我們建立的模型相符，令人鬆了一口氣，也是一個令人振奮的里程碑，」尼爾森補充道。

研究團隊發現，在奈米尺度下，熱傳輸並非平順連續的流動，而是可能呈現彈道行為，或具有一些流體動力學效應。這意味著它可以沿直線移動，不會像水流經管道那樣散射或擴散。

研究團隊目前計劃進一步改進雷射顯微鏡，並研究更多可能應用於下一代電子產品的材料。

這項研究成果發表在《物理評論·應用》期刊上。