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電致發(fā)聲制備出揚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，很少在實驗中觀測到；要在光致發(fā)聲中實現(xiàn)相干調(diào)控，則更加困難，此前實驗上還沒能做到。

最近，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室（籌）表面物理國家重點實驗室副研究員趙繼民和研究員陸興華等與美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀校區(qū)教授施志剛、清華大學(xué)微電子研究所/清華信息科技國家實驗室教授任天令、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。這是國際上第一次在石墨烯材料中觀察到這一現(xiàn)象。他們通過對時域和頻域的聲譜聯(lián)合分析，特別是對比fs、ps、ns超快激光脈沖激發(fā)下的不同實驗結(jié)果，提出了石墨烯片中光致發(fā)聲的物理機理，指出這種材料中的光致發(fā)聲是一種光-熱-聲過程，而非直接的光-聲過程：光子的能量先傳遞給光生載流子（即電子），然后通過這些光生載流子把能量傳遞給熱聲子，最終通過熱聲子與周圍環(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。在這項研究中，他們第一次發(fā)現(xiàn)了非簡諧聲波的存在，正是基于這一發(fā)現(xiàn)，他們運用超快激光脈沖技術(shù)實現(xiàn)了光對聲波的相干調(diào)控，聲波的相位差和強度可由脈沖重復(fù)頻率精確控制。他們的這項工作為石墨烯在光能利用、光學(xué)揚聲器、無接觸聲學(xué)裝置等方面開辟了新的應(yīng)用前景。

　　此項工作得到了國家自然科學(xué)基金、科技部國家重大基礎(chǔ)研究(“973”)計劃和中國科學(xué)院對外合作重點項目等項目的支持。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-聲物理機制的驗證：脈寬對比實驗和時域-頻域分析。

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

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