摘要：2025年9月18日，密歇根州立大学的科学家们在超快激光技术的应用中取得了重要突破，成功实现了对原子行为的精确操控。这项研究显示，利用高速激光器摆动材料中的原子，能够暂时改变其电子特性，从而为未来更小、更高效的电子设备铺平道路。通过结合尖端显微镜技术和量子模拟

信息来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250917221007.htm

2025年9月18日，密歇根州立大学的科学家们在超快激光技术的应用中取得了重要突破，成功实现了对原子行为的精确操控。这项研究显示，利用高速激光器摆动材料中的原子，能够暂时改变其电子特性，从而为未来更小、更高效的电子设备铺平道路。通过结合尖端显微镜技术和量子模拟，研究团队的发现可能会引领智能手机、笔记本电脑乃至量子计算机的技术革命。

在这个研究中，科学家们选择了二碲化钨（WTe2）作为实验材料。这种材料由单层钨原子夹在两层碲原子之间组成，具有独特的电子性质。研究团队专门配置了一种高灵敏度的扫描隧道显微镜，能够以极高的分辨率观测材料表面单个原子的行为。科克尔教授和门多萨-科尔特斯教授领导的团队，利用自己的仪器和技术结合，为这一项目提供了理论和实验数据支持。

激光与原子：精确操控的突破

使用激光和先进的显微镜，科学家们设法转移了二碲化钨中的原子并改变了其电子特性。这一突破可能为下一代强大、高效的技术铺平道路。图片来源：Shutterstock

研究人员通过发射太赫兹脉冲的高速激光器，精确对准WTe2材料的表层，成功摆动顶层原子，进而改变其下方晶格的排列方式。想象把几层纸叠放在一起，只需轻轻弯动顶层，就可以暂时改变整个叠放物体的形态。这种过程中，材料的电子行为随之发生变化，展现出了激光关闭后从未观察到的新特性。

值得注意的是，Cocker和他的团队发现，太赫兹脉冲的应用使WTe2的顶层原子能局部“摇摆”7皮米，这种极其微小的位移在标准显微镜下几乎不可见。通过这种单元级别的操控，研究者们成功创造出一种卓越的“纳米开关”，可供未来的电子设备使用，实现更加迅速的信号传输和计算。

理论与实验的完美结合

此项研究的成功归功于理论和实验的深度结合。门多萨-科尔特斯教授的量子计算模拟和Cocker教授的实验结果形成了良好的互补，验证了双方的研究方向。门多萨的团队通过理论模拟，成功预测了在激光作用下，WTe2原子的运动状态与频率，并与实验确认了一致，可谓相辅相成。

“我们的研究显示了从理论到实验的跨学科合作结果，”门多萨-科尔特斯表示。“这使我们能够更深入地理解在量子材料中原子运动的机制。”

研究人员相信，这一发现不仅展示了材料在微观尺度上的潜力，也为未来电子产品的设计和制造提供了重要的新材料选项。正如他们所指出的，电子设备中许多组件均由各类材料构成，而通过发展这些新型材料，可以极大地提升性能、降低成本，以及提高能源效率。

展望未来

随着这项研究的推进，密歇根州立大学的科学家们希望能引领电子设备的未来。Cocker表示：“想象一下，未来的智能手机或计算机将采用这种新型材料，使得设备更加高效、占用更少空间，甚至实现功能上的突破。”

研究的发表标志着对量子材料的理解达到了新的高度，尤其是在电子学领域。新的材料特性使得这些技术的进一步发展成为可能，或许在不久的将来，我们就能见到基于这些材料的量子计算机，助力科学与技术的飞跃。

随着科学的不断进步，激光与量子材料的结合提供了一种前景广阔的研究路径，为在微观层面上的精细操控打下了基础。科学家们在这一领域的探索，将有可能改写我们对电子设备及其未来的认识。

来源：人工智能学家