光與凝聚態(tài)物質(zhì)的相互作用非常豐富多彩，相干性的產(chǎn)生與調(diào)控是特色之一，它的物理本質(zhì)是將光的相干性傳遞給凝聚態(tài)物質(zhì)。光致發(fā)聲是把光照射到凝聚態(tài)物質(zhì)上，從而產(chǎn)生聲波。這一研究領(lǐng)域因幾年前利用碳納米管薄膜通過(guò)電致發(fā)聲制備出揚(yáng)聲器而引起廣泛的關(guān)注和興趣。但是，光致發(fā)聲效應(yīng)在一般材料中很弱，很少在實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到；要在光致發(fā)聲中實(shí)現(xiàn)相干調(diào)控，則更加困難，此前實(shí)驗(yàn)上還沒(méi)能做到。

最近，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）表面物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員趙繼民和研究員陸興華等與美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀校區(qū)教授施志剛、清華大學(xué)微電子研究所/清華信息科技國(guó)家實(shí)驗(yàn)室教授任天令、中科院物理所研究員魏志義等合作在多層石墨烯片中發(fā)現(xiàn)了光致發(fā)聲現(xiàn)象。這是國(guó)際上第一次在石墨烯材料中觀察到這一現(xiàn)象。他們通過(guò)對(duì)時(shí)域和頻域的聲譜聯(lián)合分析，特別是對(duì)比f(wàn)s、ps、ns超快激光脈沖激發(fā)下的不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了石墨烯片中光致發(fā)聲的物理機(jī)理，指出這種材料中的光致發(fā)聲是一種光-熱-聲過(guò)程，而非直接的光-聲過(guò)程：光子的能量先傳遞給光生載流子（即電子），然后通過(guò)這些光生載流子把能量傳遞給熱聲子，最終通過(guò)熱聲子與周圍環(huán)境的空氣分子的作用，形成聲波。石墨烯材料中特有的強(qiáng)電-聲子相互作用在光致發(fā)聲現(xiàn)象中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。在這項(xiàng)研究中，他們第一次發(fā)現(xiàn)了非簡(jiǎn)諧聲波的存在，正是基于這一發(fā)現(xiàn)，他們運(yùn)用超快激光脈沖技術(shù)實(shí)現(xiàn)了光對(duì)聲波的相干調(diào)控，聲波的相位差和強(qiáng)度可由脈沖重復(fù)頻率精確控制。他們的這項(xiàng)工作為石墨烯在光能利用、光學(xué)揚(yáng)聲器、無(wú)接觸聲學(xué)裝置等方面開(kāi)辟了新的應(yīng)用前景。

　　此項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部國(guó)家重大基礎(chǔ)研究(“973”)計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院對(duì)外合作重點(diǎn)項(xiàng)目等項(xiàng)目的支持。該工作發(fā)表于近期的Scientific Reports 5,10582 (2015)。

圖1 光波在石墨烯片層上通過(guò)電-聲相互作用產(chǎn)生熱，熱再產(chǎn)生聲波。

圖2 光-熱-聲物理機(jī)制的驗(yàn)證：脈寬對(duì)比實(shí)驗(yàn)和時(shí)域-頻域分析。

圖3 光致發(fā)聲的相干調(diào)控：通過(guò)改變光脈沖重復(fù)頻率來(lái)調(diào)控聲波相位差和強(qiáng)度。

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