Bild https://www.isct.ac.jp När materia absorberar ljus kan de gå in i ovanliga tillstånd med egenskaper som skiljer sig från deras normala beteende. Dessa fotoinducerade tillstånd ger forskare ett sätt att kontrollera materialegenskaper bortom vad som kan uppnås genom uppvärmning eller kylning. Att förstå hur sådana tillstånd uppstår på ultrasnabba tidsskalor är avgörande för att designa framtida fotoresponsiva (bilder som automatiskt anpassar sin storlek och filstorlek efter användarens skärm) material och avancerade optiska teknologier.
De tidigaste stadierna i bildandet av fotoinducerat tillstånd (då en process, en förändring eller en skada har satts igång eller orsakats av ljus (fotoner), ofta i form av ultraviolett (UV) strålning eller solljus) kan ske på femtosekundens (fs) tidsskala (en miljondel av en miljarddels sekund), vilket gör det extremt svårt att observera och förstå processen.
För att övervinna detta genomförde ett forskarteam under ledning av biträdande professor Tadahiko Ishikawa från the Department of Chemistry, School of Science, Institute of Science Tokyo (Science Tokyo), tillsammans med doctoral student Samiran Banu (currently a Special Postdoctoral Researcher at RIKEN), tillsammans med dåvarande doktoranden Samiran Banu (numera särskild postdoktoral forskare vid RIKEN ett av Japans största forskningsinstitut fördelat på sju orter med huvudcampus i Wakō i Saitama prefektur, strax norr om Tokyo), en studie i samarbete med forskare från Tohoku University och Nagoya Institute of Technology. Japan. De undersökte hur ett fotoinducerat dolt tillstånd bildas i ett metall–organiskt ramverk (MOF), som skapas genom att koppla metalljoner till organiska molekyler. Deras resultat publicerades i tidskriften Physical Review Letters den 22 juli 2026.
"Vi fann att det fotoinducerade dolda tillståndet bildas inom 30 fs genom ett tidigare okänt intermediärt elektroniskt tillstånd," beskriver Ishikawa.
För att fånga dessa ultrasnabba förändringar använde forskarna tidsupplöst reflektansspektroskopi (mäter hur mycket ljus som reflekteras från ett prov) med ultrakorta laserpulser som endast varade sex f. Denna teknik spårar hur ett materials reflekterade ljus förändras omedelbart efter att det absorberat en laserpuls. Med hjälp av ultrakorta laserpulser spårade de MOF:ens elektroniska beteende med exakt tidsupplösning. Resultaten visade att reflektansspektrumet inom 30 fs förändrades snabbt vilket visade egenskaper kopplade till bildandet av ett nytt optiskt absorptionsband. Detta betydde att ett fotoinducerat dolt tillstånd hade bildats.
För att förstå varför dessa förändringar inträffade använde teamet vidare teoretiska beräkningar tillsammans med sina experiment. Analysen visade att omedelbart efter att materialet absorberat ljus, gick det kortvarigt in i ett övergående elektroniskt tillstånd där den elektroniska bindningen mellan angränsande platser blev starkare och svagare i ett upprepat mönster. Detta tillstånd kallas ett bindningsordningsvågtillstånd. Detta kortlivade tillstånd följdes sedan av små förskjutningar i atomernas positioner inom materialet vilket slutligen ledde till det fotoinducerade dolda tillståndet.
Teoretiska beräkningar visade att det resulterande fotoinducerade tillståndet kan vara polärt vilket innebär att positiva och negativa elektriska laddningar blir ojämnt fördelade över materialet. Dessa fotoinducerade polära tillstånd kan inspirera till nya sätt att kontrollera ett materials elektroniska egenskaper med hjälp av ljus.
"Genom att avslöja mellanliggande tillstånd kan vår metod hjälpa till att designa material som effektivt kan kontrolleras med hjälp av ljus," förklarar Ishikawa.
Utöver att avslöja hur fotoinducerade tillstånd uppstår, erbjuder resultaten en lovande strategi för att kontrollera materialegenskaper med hjälp av ultrakorta ljuspulser. Förmågan att skapa och manipulera dessa tillfälliga tillstånd kan bana väg för utvecklingen av nya fotoresponsiva material för högpresterande elektronik, optoelektroniska enheter och andra teknologier som bygger på noggrann kontroll av materialegenskaper. Framtida studier kan tillämpa samma metod på ett bredare spektrum av material vilket för oss ett steg närmare att designa nya ljusstyrda material.
Ovan är ett steg mot
mycket känsligare teleskop till hjälp i vårt sökande efter vad som finns och fanns
därute i tid och rum.
