來自加州大學和德國卡塞爾大學的研究團隊開發出一種利用精確激光技術來暫停硅的超快融化現象的方法。這項新技術的出現，可能為在極端條件下控制材料行為開闢新的可能性。科學家們長期以來一直在努力確定激光束對硅造成的變化究竟是由簡單的加熱效應（熱效應）還是直接破壞原子鍵的影響（非熱效應）所造成的，因此這項突破性研究的意義不言而喻。
研究人員深入探討了強大且超快的激光脈衝如何影響硅的原子排列，硅是電子學和太陽能技術中的關鍵材料。透過先進的計算機建模，他們證明單個高能激光脈衝可以在極短的時間內將硅融化，這段時間甚至少於一兆分之一秒。這一現象被稱為非熱融化，因為它發生得太快，以至於原子在顯著加熱之前便已經失去了原本有序的排列。
通過將激光能量分為兩個獨立的脈衝並精確同步，科學家們成功地在融化過程中暫停了這一現象，並將材料鎖定在一種新的亞穩態中。這一過程是通過一種稱為「從頭計算分子動力學」的方法來實現的，該方法基於物理學的基本原則來模擬原子和電子的行為。利用先進的計算機模擬，研究團隊將激光束分割為兩個脈衝，兩者之間的時間間隔為126飛秒（即0.000000000000126秒）。
實驗顯示，雖然初始的激光脈衝促使原子運動，但第二個脈衝則以一種方式干擾這種運動，防止原子失去其有序排列。由於這種方法的運用，材料在吸收了足夠的能量觸發融化的同時，卻能暫時保持固態。更有趣的是，研究團隊發現，這種亞穩態保持了大部分原始晶體硅的電子特性，包括略微縮小的能帶隙，這在決定材料導電性方面是關鍵因素。
此外，科學家們觀察到，處於這種狀態的原子振動或聲子表現出比預期更冷且更穩定的特性，這表明第二個脈衝有效地將原子「凍結」在原位。這一新技術顯示出可以通過精確的激光時機來控制超快的原子變化。這項研究還暗示，該方法可以擴展到其他具有類似行為的材料，從而可能促進新相態的形成或提高研究能量在電子和原子之間移動的實驗準確性。
研究作者認為，未來的研究可以集中在針對各種材料改進這一技術，以獲得對光-物質相互作用物理的更深入理解。他們在摘要中指出：「這一機制可以推廣到其他材料上，潛在地實現結構和/或電子轉變到亞穩態，在高激發範圍內實現。此外，我們的方法還可以用來關閉實驗中的非熱貢獻，從而更輕鬆地獲得可靠的電子-聲子耦合常數。」這項研究成果已發表於《通訊物理》期刊中。
