超短激光脉冲调控材料性质是凝聚态物理前沿，但传统超快探针的空间平均特性掩盖了微观空间有序性，对材料器件集成至关重要。拓扑量子材料因其独特的受拓扑保护电子性质，在量子信息处理领域具有重要应用前景。结构化光场可通过塑造光场分布在波长尺度上选择性地相干激发特定子系统。
为此，瑞典皇家理工学院与乌普萨拉大学研究团队利用超快电子显微镜在Weyl半金属WTe₂中实现拓扑量子态的全光空间可编程控制，并揭示应变驱动的相传播机制，为可重构量子器件开发提供新思路。
研究团队采用机械剥离法从Td-WTe₂块体单晶制备样品，经PDMS转移附着于50nm Si₃N₄ TEM网格，利用网格倾斜面反射泵浦激光产生瞬态光栅。实验基于JEOL JEM 2100超快电子显微镜（200kV，LaB₆阴极，258nm探针，1030nm/300fs泵浦，时间分辨率约1ps，重复频率12kHz，室温），并结合WannierTools与VASP进行第一性原理计算。
飞秒激光在样品平面产生周期约1.1μm的光强调制，激发超过阈值时，基态Td-WTe₂经历集体结构畸变趋向亚稳态1T*态，Weyl点随之湮灭；相畴约120ps达最大扩展后逐渐收缩，约2ns时完全消失。
暗场成像显示，图案化结构相在30ps内建立，高光强区布拉格强度下降约20%。相前沿以约1.0nm/ps传播，与剪切波速1.6nm/ps相当，证实由应变驱动而非热传导介导。A₁光学声子频率在相变区从0.23THz红移至0.18THz，表明晶格趋近1T*相时层间力减弱。
该研究实现全光空间可编程控制拓扑量子态，揭示应变驱动非局域相激发机制，证明声子模可被限制在纳米尺度，为可重构量子材料和光寻址器件奠定基础。论文以"Ultrafast laser-driven topological phase patterning"为题发表在《Science Advances》上。
内容来源：浙江工业大学激光先进制造研究院
