量子時間凍結！雷射技術讓量子態穩定千倍

科學家運用精確調控的光脈衝與先進X射線技術，成功在氧化銅材料中創造出長壽命的光誘導量子態，將原本僅能維持一兆分之一秒的量子狀態延長至數奈秒，整整提升了千倍之久。這項突破性發現不僅揭露了電子對稱性的奧秘，更為光電元件與量子資料儲存等革命性科技開闢了新道路。

許多材料都具有潛在的量子特性，可能催生新一代技術，但這些特質往往隱藏在材料的自然狀態中。過去科學家雖能透過超短光脈衝暫時誘發這些特性，但產生的量子態轉瞬即逝，難以深入研究或實際應用。

由哈佛大學與瑞士保羅謝勒研究所組成的國際團隊，利用SwissFEL X射線雷射，在近乎一維結構的「銅酸鹽階梯」材料Sr₁₄Cu₂₄O₄₁中，巧妙地打破電子態對稱性，讓電荷得以在「鏈狀」與「階梯狀」結構間量子穿隧。研究主持人Matteo Mitrano生動比喻：「這就像開關水閥，當雷射停止後，通道關閉，系統就被鎖定在全新的長壽命狀態。」

團隊運用瑞士自由電子雷射設施Furka端站的「時間分辨共振非彈性X射線散射」（tr-RIXS）技術，首次捕捉到這種亞穩態的形成與穩定過程。這項技術能精準鎖定關鍵原子，觀察電子在超快時間尺度下的運動軌跡，揭露傳統探測方法難以察覺的材料特性。

這項成果不僅驗證了純電子方法鎖定非平衡態的可行性，更為量子材料研究樹立新里程碑。未來可望應用於開發超快光電轉換器、量子通訊元件，以及以光控量子態為基礎的非揮發性記憶體。隨著Furka端站持續升級，科學家將能探索更多新型態的量子激發現象。

這項刊登於《自然材料》期刊的研究，由哈佛大學博士後研究員Hari Padma領銜，跨國團隊歷時多年完成。Mitrano教授特別強調：「能在這種頂尖裝置進行實驗是難得的機會，這項合作展現了國際科研的無限可能。」