X射线吸收光谱是一种元素选择性和电子态敏感技术，是研究材料或物质成分的最广泛使用的分析技术之一。直到最近，该方法还需要艰巨的波长扫描，并且无法提供超快的时间分辨率来研究电子动力学。
在过去的十年中，由ICFO的ICREA教授Jens Biegert领导的ICFO的Attoscience和Ultrafast Optics小组将阿秒软X射线吸收光谱发展成为一种新的分析工具，无需扫描，具有阿秒时间分辨率。
持续时间在 23 阿秒和 165 阿秒之间的阿秒软 X 射线脉冲以及伴随的 120 至 600 eV 的相干软 X 射线带宽允许同时询问材料的整个电子结构。实时检测电子运动的时间分辨率与记录变化发生位置的相干带宽相结合，为固态物理和化学提供了一种全新而强大的工具。
最根本的重要过程之一是光与物质的相互作用，例如，了解太阳能如何在植物中收集或太阳能电池如何将阳光转化为电能。材料科学的一个重要方面是用光改变材料或物质的量子态或功能的前景。
这种对材料多体动力学的研究解决了当代物理学的核心挑战，例如是什么触发了任何量子相变，或者材料的性质如何从微观相互作用中产生。
在最近发布在《自然通讯》上的一项研究中，ICFO研究人员Themis Sidiropoulos、Nicola Di Palo、Adam Summers、Stefano Severino、Maurizio Reduzzi和Jens Biegert报告说，他们通过操纵材料的多体状态，观察到光诱导的增加和控制石墨的电导率。
研究人员使用1850 nm的载波包络相位稳定的亚2周期光脉冲来诱导光-物质混合态。他们在285 eV下用285的阿秒软X射线脉冲探测了石墨碳K边缘的电子动力学。阿秒软X射线吸收测量以阿秒间隔泵浦-探针延迟步长询问材料的整个电子结构。
1850 nm处的泵浦在材料中诱导出高电导率状态，这种状态仅由于光-物质相互作用而存在;因此，它被称为轻物质混合体。
研究人员对这样的条件很感兴趣，因为它们有望导致材料的量子特性，否则这些材料在平衡中不存在，并且这些量子态可以以高达许多太赫兹的光学速度进行切换。然而，目前尚不清楚这些状态究竟是如何在材料内部表现出来的。
因此，在最近关于光诱导超导和其他拓扑相的报告中存在许多猜测。ICFO的研究人员首次使用软X射线阿秒脉冲来“观察材料内部”，因为光物质状态表现出来。
该研究的第一作者Themis Sidiropoulos指出，“泵浦和探针之间的相干探测，阿秒时间分辨率和阿秒同步的要求是全新的，并且是阿秒科学实现的这种新研究的基本要求。
与twistronics和扭曲的双层石墨烯不同，实验人员通过物理操作样品来观察电子特性的变化，Sidiropoulos解释说，“我们不是操纵样品，而是用强大的光脉冲对材料进行光学激发，从而激发电子进入高能状态，并观察这些电子如何在材料内松弛，不仅是单个，而且是一个整体。 观察这些电荷载流子与晶格本身之间的相互作用。
为了观察施加强脉冲光后石墨中的电子如何松弛，他们采用宽X射线光谱，首先观察每个能量状态如何单独松弛，其次观察整个电子系统如何被激发，以观察光、载流子和原子核在不同能级下的多体相互作用。
通过观察这个系统，他们可以看到所有电荷载流子的能级表明材料的光导率在某一点上增加，显示出超导相的特征或回忆。
他们是如何看到这一点的?好吧，事实上，在之前的出版物中，他们观察到了相干声子的行为或固体内原子的集体激发。
由于石墨具有一系列非常强的声子，因此这些声子可以有效地将大量能量从晶体中转移出去，而不会通过晶格的机械振动损坏材料。由于这些相干声子像波浪一样来回移动，固体中的电子似乎乘波而上，产生了研究小组观察到的人造超导特征。
这项研究的结果显示了在光子集成电路或光计算领域的应用前景，利用光来操纵电子或用光控制和操纵材料性能。
比格特说：“多体动力学是核心，可以说是当代物理学中最具挑战性的问题之一。我们在这里获得的结果开辟了物理学的新领域，提供了实时研究和操纵物质相关相的新方法，这对现代技术至关重要。
