近期，中科院合肥研究院固體所計算物理與量子材料研究部徐文課題組與中國工程物理研究院合作，應用太赫茲自由電子激光裝置（CTFEL）裝置，開展了電子材料的太赫茲動力學特性研究，相關成果以“Picosecond terahertz pump-probe realized from Chinese terahertz free-electron laser”為題，作為封面及亮點文章發表在Chinese Physics B上。 

　　電子能量弛豫時間是電子材料的關鍵物理參數之一。利用CTFEL特有的太赫茲脈沖結構（特別是皮秒脈寬微脈沖結構），研究人員搭建了首創的“單色皮秒太赫茲泵浦-探測”系統（圖1），并基于此系統測量了半導體材料的泵浦-探測特性以及電子能量弛豫時間，研究了室溫下高遷移率n-GaSb晶體在不同自由電子激光輻照頻率下的動力學電子特性。結合理論模型的擬合（圖2）發現，在1.6THz（輻照功率為10W）和2.4THz（輻照功率為25W）激光輻照下獲得n-GaSb晶體的電子能量弛豫時間分別為2.92 ps和2.32ps，這些結果與應用四波混頻技術得到的實驗結果一致。

       進一步研究表明，在強太赫茲自由電子激光輻射下，電子-聲子散射誘導的熱電子效應或非線性電子響應會導致半導體材料中電子能量弛豫時間的減小，此時電子從輻射激光場獲得能量，通過發射聲子(或晶格振動)耗散能量。當聲子發射的能量損失率小于光子吸收的能量增益率時，材料中的電子會被加熱，從而使電子弛豫時間減小。 

　　我國自主研制的首臺太赫茲自由電子激光裝置于2017年底在成都飽和出光并投入運行，標志著我國太赫茲科技已正式步入自由電子激光時代。本工作中基于CTFEL搭建的“單色皮秒太赫茲泵浦-探測”系統與其它超快光電探測技術比較，在電子和光電子材料研究中具有如下優勢：（1）不涉及光生載流子和相關激子效應，可以測量自由電子的動量和能量弛豫動力學過程；（2）實現單色太赫茲泵浦和探測，無需對測量數據進行傅里葉變換來分析實驗結果；（3）結合自由電子激光的頻率連續可調性，實現對太赫茲泵浦-探測的輻照頻率選擇。該研究取得的結果表明，基于自由電子激光的“單色皮秒太赫茲泵浦-探測”技術，可為電子和光電子材料的動力學特性研究提供新的測量方法，拓寬了脈沖型太赫茲自由電子激光的應用研究領域。 

　　由于該工作是在CTFEL裝置上取得的首項可公開發表的應用研究成果，論文所有作者一致同意將該工作在國內期刊發表。本研究工作得到了國家基金委NSAF聯合基金項目的支持。 

　　論文鏈接：http://cpb.iphy.ac.cn/EN/10.1088/1674-1056/ab961b。  

　　圖1. 基于CTFEL裝置的“單色皮秒太赫茲泵浦-探測”系統光路圖。 

　　圖2. 在1.2、1.6 和2.4THz自由電子激光輻照下n-GaSb晶體的光透射泵浦-探測特性。粗糙線為原始實驗數據，平滑線為理論擬合結果。