日本的研究人员成功捕捉到了一个电子转变的瞬间，其速度之快让眨眼看起来都像是一次悠闲的散步。该团队来自Science Tokyo、东北大学和名古屋工业大学，他们利用超快激光光谱学和理论计算，捕捉到了一个金属有机框架（MOF）中短暂的中间态，该中间态在仅30飞秒内形成并导致一个隐藏的光致态。是的，飞秒——即十亿分之一秒的百万分之一，对于那些不习惯用荒谬小单位测量时间的人来说。

这项发现发表在《物理评论快报》上，为光如何能在未来用于快速控制先进材料的性质提供了新线索。因为当你可以用激光轰击材料时，何必还要费心加热或冷却呢？

材料在吸收光后可能会表现出意想不到的行为，有时会进入光致态，其性质与日常状态截然不同。这些状态为调整材料行为提供了一种替代方法，而理解它们如何形成对于开发未来的光响应材料和先进光学技术至关重要。但捕捉这些转变很棘手，因为最初的步骤在飞秒时间尺度上展开——快得你来不及说“高速相机”。

由Science Tokyo化学系助理教授Tadahiko Ishikawa领导的团队，包括当时是博士生、现为RIKEN特别博士后研究员的Samiran Banu，以及来自东北大学和名古屋工业大学的合作者，专注于一种MOF——一种通过将金属离子与有机分子连接而成的材料。他们的目标是：确定光致隐藏态究竟是如何发展的。

“我们发现光致隐藏态在30飞秒内通过一个先前未知的中间电子态形成，”石川说，大概是在调整他的实验室护目镜时。

为了追踪这一转变，研究人员使用了时间分辨反射光谱法，激光脉冲仅持续6飞秒。这使他们能够测量MOF吸收激光脉冲后材料反射光的变化。在30飞秒内，反射光谱发生了显著变化，揭示了一个新的光吸收带——这是隐藏态形成的明显迹象。

但仅靠实验无法说明全部情况。该团队将测量结果与理论计算相结合，重建了事件序列。他们发现，在吸收光后，材料立即进入一个中间电子态，其中相邻位点之间的电子键以重复模式在强弱之间交替——即所谓的键序波态。这种状态是短暂的，随后是微小的原子运动，最终产生了光致隐藏态。

有趣的是，理论计算表明，新形成的状态可能是极性的，正负电荷分布不均。如果这些光致极性态能够被可靠地创造和控制，它们可能为利用光操纵电子性质提供新方法。

“通过揭示中间态，我们的方法可能有助于设计能够用光有效控制的材料，”石川解释说。

除了解释光致隐藏态如何发展之外，这项研究还指出了一种用极短光脉冲操纵材料性质的潜在策略。创造和控制这些瞬态可能导致新的光响应材料，用于高速电子学、光电子器件以及其他需要精确材料行为的技术。

未来的研究可以将相同的实验和理论方法应用于其他材料，揭示超快转变中先前不可见的步骤。科学家们或许能更接近设计出性质可调的材料。