研究进展 | 石墨烯-光缀饰材料，Floquet拓扑绝缘体-Nature Physics

（引子：光缀饰light-dressed系统，源于激光-物质相互作用，为创造全新的电子特性提供了可能。光缀饰材料Light-dressed materials是指激光照射物质时，物质的原始量子态被周期性光波“装扮”后形成的材料系统。通过调整激光的频率、强度和偏振，可以调控原子、分子及凝聚态系统的物理化学性质，这一过程被称为Floquet工程）

光缀饰材料为生成与平衡态材料不同的电子特性提供了技术路径。所产生的能带结构，可以承载独特的量子和拓扑现象。然而，迄今为止，在光缀饰能带结构中，电荷的光学调控，仍难以实现。

近日，德国埃尔朗根-纽伦堡大学Daniel M. B. Lesko，Peter Hommelhoff团队联合以色列理工学院Ofer Neufeld团队在Nature Physics上发文，在光缀饰石墨烯中，实现了电子的光学调控。

通过将圆偏振飞秒激光脉冲（波长1550纳米）聚焦到单层石墨烯上，成功生成了Floquet拓扑绝缘体。借助相位锁定的二次谐波场（波长775纳米），通过精确控制基频光与倍频光之间的相对相位和偏振态，动态地控制了该物质态中的电子，实现了对电子运动的相干控制，将这项调控技术称为谐波Floquet光谱学。

实验还观察到了光电流圆二色性、全光反常霍尔效应和谷极化电流等关键现象。这些光电流显示出了强烈的亚周期相位敏感性，有助于在量子材料的拓扑电子学、光谱学和阿秒物理中实现超快调控。

Optical control of electrons in a Floquet topological insulator.
Floquet拓扑绝缘体中，电子的光学调控

图1： Floquet拓扑绝缘体FTI中，电子的光波控制

图2： 圆二色性CD与全光反常霍尔效应

图3： 光致贝里曲率

图4： 相对相位和偏振对测量光电流的调控

图5： 亚周期动力学对称选择定则

实验采用外延生长的单层石墨烯，制作成一条长10微米、宽2微米的带状结构，两端连接着金电极，用以测量光场驱动的光电流。将掺铒光纤激光器的圆偏振飞秒激光脉冲聚焦到石墨烯上，这种光缀饰技术，打破了石墨烯的时间反演对称性，在狄拉克点打开了能隙，从拓扑平庸的半金属转变为Floquet拓扑绝缘体。

文献链接

Lesko, D.M.B., Weitz, T., Wittigschlager, S. et al. Optical control of electrons in a Floquet topological insulator. Nat. Phys. (2026). https://doi.org/10.1038/s41567-026-03429-7

本文译自Nature。