眾所周知，人們在利用激光切割金屬材料時，主要是由設(shè)備釋放出超強(qiáng)密度的激光束，該激光束通過光斑照射在金屬材料上，會使金屬迅速熔化、氣化或達(dá)到燃點。同時，與光束同軸的高速氣流將熔化或燃燒的材料迅速吹走，從而形成割縫。

　　但最近美國一項研究卻挑戰(zhàn)了我們以往的認(rèn)知。來自美國能源部SLAC 國家加速器實驗室的研究團(tuán)隊于近日通過實驗揭示了黃金在受到來自于高能激光脈沖時，產(chǎn)生了一些與以往不同的特殊行為。

　　實驗表明：部分材料(例如硅)在高能激光的激發(fā)下會迅速分解。然而，在某些特定條件下，黃金等金屬在受到強(qiáng)激光脈沖時，其結(jié)構(gòu)反而會變得更加堅固，而非熔化。

　　這一現(xiàn)象主要歸因于聲子行為的變化，以及金原子振動方式的調(diào)整。這與半導(dǎo)體材料形成了鮮明對比，因為當(dāng)半導(dǎo)體材料在加工過程中受到強(qiáng)激光照射時，它們往往會變得不穩(wěn)定并發(fā)生熔化。

　　事實上幾十年來，通過模擬實驗一直表明是存在這種現(xiàn)象的可能性，這一現(xiàn)象稱為聲子硬化?，F(xiàn)如今，美國能源部SLAC 國家加速器實驗室的研究人員使用SLAC 的直線加速器相干光源 (LCLS)揭示了這種聲子硬化。

　　他們在“極端條件下的物質(zhì)”實驗室中，用光學(xué)激光脈沖瞄準(zhǔn)金薄膜，然后使用 LCLS 的超快 X 射線脈沖拍攝材料反應(yīng)的原子級快照，捕獲了金薄膜在極端實驗條件下對光學(xué)激光脈沖響應(yīng)的原子級圖像。

　　通過細(xì)致觀察微妙的變化，并精確捕捉金原子聲子能量增加的瞬間，他們得以從高分辨率的視角深入探索金原子的世界，為聲子硬化現(xiàn)象提供了具體而確鑿的證據(jù)。

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)黃金吸收極高能量的激光脈沖時，金原子間的結(jié)合力會顯著增強(qiáng)。這種變化導(dǎo)致原子振動頻率加快，進(jìn)而可能影響金的熔點和熱反應(yīng)特性。

　　該實驗解決了有關(guān)金屬超快激發(fā)長期存在的問題，也說明了強(qiáng)激光可以完全改變晶格的響應(yīng)。同時，理論預(yù)測得到實驗證實，也從側(cè)面表明了 SLAC 的直線加速器相干光源 (LCLS)在這些現(xiàn)象的測量上能達(dá)到驚人的程度，為材料科學(xué)研究的未來開辟了新的可能性。

　　當(dāng)然，類似的現(xiàn)象也可能會發(fā)生在其他金屬中，例如銅、鉑和鋁。往后的研究也將有可能會揭示金屬應(yīng)如何應(yīng)對惡劣環(huán)境，這將有助于創(chuàng)造具有更高彈性的材料。從激光加工和材料制造的方面來說，通過原子水平去理解這兩大過程或?qū)?dǎo)致技術(shù)和材料的又一輪革新。