研究人员观察了可见脉冲驱动的胶体纳米片中的Floquet状态

溶液处理过的半导体纳米晶体也称为胶体量子点(QD)。尽管物理学家早已知道尺寸依赖性量子效应的概念，但在发现QD之前，将该理论塑造成真正的纳米尺寸物体仍然是不可能的。QD的尺寸依赖性颜色本质上是量子尺寸效应的肉眼、环境条件可视化。

近年来，世界各地的研究人员一直在利用量子点材料平台寻找令人着迷的量子效应或现象，例如单光子发射和量子相干操控。

弗洛凯态(即光子修饰态)被广泛用于解释与光场和物质之间的相干相互作用有关的量子现象。然而，直接观察这些弗洛凯态一直是一项实验挑战。

例如，直到最近，研究人员才利用复杂的时间和角度分辨光电子能谱法，报道了黑磷(一种窄带模型半导体)中Floquet-Bloch带与中红外脉冲相互作用的实验特征。在这样的研​​究中，样品几乎完全被安置在低温、高真空环境中，驱动场被调整到红外、太赫兹甚至微波区域，以避免样品损坏。

在《自然光子学》杂志发表的一项研究中，中国科学院大连化学物理研究所的吴开锋教授和他的同事报告了在环境条件下利用可见光至近红外区域的全光学光谱首次直接观察到半导体中的弗洛凯态。

研究人员采用了近十年来研发的准二维胶体纳米片，厚度维度上强大的原子级精确量子限制分别导致可见光和近红外区域的带间和子带间跃迁，而此类跃迁所涉及的能级自然形成三能级系统。

亚带隙可见光子将重空穴态(|hh1⟩)修饰为与第一个量化电子态(|e1⟩)具有相同宇称的弗洛凯态，从而允许近红外光子通过其向第二个量化电子态(|e2⟩)的跃迁来探测该弗洛凯态。

此外，虽然人们通常认为瞬时填充的弗洛凯态会在泵浦和探测脉冲的时间重叠之外逐渐消失，但研究人员直接观察到弗洛凯态在数百飞秒内退相为|e1⟩的真实填充。本研究中的所有实验观察结果均由量子力学模拟证实。

吴教授表示：“这项研究不仅提供了对半导体材料中弗洛凯态的全光学直接观察，而且还揭示了弗洛凯态的丰富光谱和动态物理，可以利用这些物理来动态控制凝聚态系统中的光学响应和相干演化。”

由于目前的演示是在环境条件下针对胶体材料进行的，它将扩大Floquet工程的范围，该工程目前专注于调整固态材料的量子和拓扑特性，以通过非共振光场相干地控制表面/界面化学反应。