I laser a femtosecondi sono in grado di elaborare qualsiasi materiale solido con alta qualità e alta precisione utilizzando le loro caratteristiche ultraveloci e ultra-intense. Con il continuo sviluppo della tecnologia laser, la produzione laser ultraveloce potrebbe diventare uno dei metodi principali impiegati nella produzione di fascia alta in futuro.

Recentemente, i ricercatori hanno realizzato un nuovo metodo di controllo della dinamica degli elettroni per la fabbricazione di micro/nano laser ultraveloci. Per la prima volta, la dinamica degli elettroni transitori localizzati può essere controllata attivamente per manipolare le proprietà del materiale, che migliora notevolmente l'efficienza, qualità, uniformità e precisione della fabbricazione laser.

Questa ricerca è stata condotta dal gruppo del professor Lan Jiang del Beijing Institute of Technology, in collaborazione con il professor Tian-Hong Cui dell'Università del Minnesota, e il professor Yongfeng Lu dell'Università del Nebraska-Lincoln. I risultati della loro ricerca sono stati recentemente esaminati in Luce:scienza e applicazioni .

Nell'ultimo decennio, il gruppo di ricerca ha dedicato i propri sforzi allo studio di nuovi metodi di produzione basati sul controllo della dinamica degli elettroni. Hanno usato il laser ultraveloce di forma temporale/spaziale per controllare la dinamica degli elettroni transitori localizzati (ad es. densità, temperatura, e distribuzione); per di più, hanno modificato le proprietà del materiale transitorio localizzato e modificato il cambiamento di fase del materiale; infine, hanno implementato il nuovo metodo di fabbricazione.

Hanno stabilito un modello multiscala delle interazioni dei materiali laser ultraveloci e hanno previsto che gli impulsi ultraveloci di forma temporale/spaziale possono controllare i processi di interazione dei materiali laser. Per di più, sulla base delle previsioni teoriche, hanno verificato sperimentalmente la validità del metodo di controllo della dinamica elettronica. Inoltre, hanno proposto e implementato un sistema di misurazione multiscala per osservare la dinamica dell'ablazione laser a femtosecondi dalla scala dei femtosecondi alla seconda scala, che ha fornito prove sperimentali per il meccanismo proposto.

Usando questo metodo, hanno notevolmente migliorato l'efficienza di fabbricazione, qualità, ripetibilità e precisione, e ha esteso i limiti di fabbricazione della produzione laser. Il nuovo metodo ha risolto alcune sfide produttive critiche ed è già stato applicato a una serie di importanti progetti nazionali cinesi. Questo nuovo metodo realizza per la prima volta il controllo attivo della dinamica degli elettroni transitori localizzati nel processo di fabbricazione del laser. Per di più, apre ampie possibilità per il controllo della fabbricazione a livello di elettroni, che possono fornire contributi rivoluzionari alla produzione di fascia alta, manipolazione delle proprietà dei materiali, e controllo delle reazioni chimiche.