成果介绍
弗洛凯工程学为通过时间周期性驱动构建具有定制化电子结构与性能的非平衡物态提供了一条强有力的途径。石墨烯作为该领域最初的理论原型，为提出光诱导反常霍尔效应的弗洛凯拓扑绝缘体奠定了理论框架。然而，石墨烯中弗洛凯工程学最具标志性的光谱特征 —— 弗洛凯能带交叉处的光诱导杂化（反交叉）能隙，在实验上始终难以观测。
鉴于此，清华大学周树云教授团队报道了在强光场共振驱动下，单层石墨烯中弗洛凯诱导杂化能隙的直接观测结果。利用时间分辨角分辨光电子能谱，研究观测到弗洛凯能带交叉处出现能隙打开现象，并伴随相干弗洛凯边带。该能隙表现出显著的动量各向异性，存在两个由时空对称性保护的狄拉克节点，且可通过光偏振进行调控。本研究为石墨烯中的弗洛凯能带工程提供了长期以来备受期待的实验证据，为石墨烯及相关材料中基于光场调控的量子物态设计开辟了新方向。
结论与展望
该工作不仅解决了在石墨烯中实现弗洛凯工程这一长期存在的挑战，还为在量子材料中实验实现弗洛凯工程确立了一些指导原则。这要求在耗散性固态环境中，在实现强光-物质耦合与保持量子相干性之间达到关键平衡。在此，研究者总结了对实现弗洛凯工程至关重要的关键实验进展：（1）高质量样品，其散射降低以承受高泵浦通量；（2）通过共振驱动实现强弗洛凯相互作用强度β∝E ω-²，其中电场强度E > 10⁸ V m⁻¹，驱动光子能量ℏω较低；（3）使用低泵浦光子能量抑制光激发载流子，使其不足以直接激发；（4）使用超短探测脉冲（<100 fs），以便在电子-声子及其他散射过程在更长延迟时间占主导之前捕捉弗洛凯诱导效应；（5）通过优化的高次谐波（HHG）光源实现高能量分辨率，以分辨微小的能隙特征。
该工作提供了决定性的实验证据表明时间周期光场可以重塑石墨烯的低能狄拉克能带结构，这是实现光诱导拓扑相的必要先决条件，也是该领域一项重要的长期里程碑式研究目标。然而，在外延石墨烯中，狄拉克点处的平衡态能隙打开以及带隙态的存在，阻碍了在圆偏振光驱动下清晰识别光诱导的拓扑能隙。因此，未来的实验应使用本征无能隙的单层石墨烯，例如机械剥离的石墨烯薄片。但考虑到此类样品通常为微米尺度，使用具有紧聚焦光斑的高次谐波探测光源或增大样品尺寸至关重要。同时，由于狄拉克点处的能隙源于高阶（且本质上较弱）的相互作用，进一步增强光-物质耦合强度也十分重要。因此，这一发现为实现弗洛凯拓扑绝缘体奠定了基础并勾勒出清晰的路径。此外，该工作为探索弗洛凯时间晶体以及范德瓦尔斯异质结中的莫尔-弗洛凯工程开辟了道路，在这些体系中，莫尔势与光学驱动的相互作用可能催生光诱导关联现象。
文献信息
Wang, F., Cai, X., Tang, X. et al. Observation of Floquet-induced gap in graphene. Nat. Mater. (2026).
文献链接：https://doi.org/10.1038/s41563-026-02549-y
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