愿力量与你同在：通过作用力检测超快光

McGill的一个研究小组研究出一项新技术，这项技术可以检测材料中纳米大小的缺陷。他们相信这一发现将改善光学探测器，它们应用于一广泛系列技术中，比如从手机到相机，光纤以及太阳能电池等。

由McGill物理系的Peter Grutter教授领导的研究人员利用原子力显微镜来检测当光与物质相互作用时产生的超快作用力。在本周发表在《PNAS》的论文中，他们展示了可以以亚飞秒精度（百万分之一的十亿分之一秒），检测出两个时延的光脉冲产生的力，以及在众多材料中展示了纳米级的空间分辨率。

利用光来检测材料缺陷的先进技术

这篇文章的第一作者是曾经在Grutter实验室做博士后的Zeno Schumacher。当时的研究在Grutter实验室已经完成，后来实验室搬到了ETH Zurich。他解释说：“为了理解和改进材料，科学家通常使用超过100飞秒的光脉冲来探索反应发生的速度，并确定反应过程中最慢的步骤。光脉冲的电场每隔几飞秒振荡一次，同时会推拉构成物质的原子级带电粒子和离子。然后，这些带电的实体在这些力下移动或极化，正是这种运动决定了材料的光学性质。”

太阳能电池（也称为光伏）中的材料以及像手机和相机等设备中光学探测器的材料有许多不同类型的缺陷，这些缺陷很难表征，因为它们通常只有一纳米大小。此外，很难识别和研究材料中的“热点”和“薄弱环节”，它们可能会减慢或阻碍光诱导过程，因为传统的缺陷检测技术会在较大的区域内将物性的差异平均化。

观察到一系列材料中的纳米级缺陷

McGill团队开发的新技术结合了超快非线性光学方法与原子力显微镜的高空间分辨率的特点。他们展示了他们的技术适用于绝缘非线性光学材料(LiNbO3)以及二维纳米级半导体薄膜钼硒化物(MoSe2)，这是一种用于光学和扫描探针显微镜的无机化合物。

文章的资深作者Peter Grutter说：“我们的新技术可以适用于任何材料，如金属、半导体和绝缘体，它将利用高空间和时间分辨率来研究、了解并最终控制光伏材料中的缺陷。归根结底，它可以帮助我们改进太阳能电池和用于各种科学技术中的光学探测器。”