利用X射线激光，科学家可以直接观察红外激光脉冲触发碲化铅材料临界态转换时，材料内部的相互作用力情况。

　　该图显示了碲化铅材料的原子结构，碲化铅是效率很高的热-电转换材料。在正常状态下（图左半部分），碲化铅晶格结构是扭曲的，并存在相对较大的振动，因此图像较模糊。用激励激光脉冲照射碲化铅后，材料的晶格结构变得有序。对碲化铅的研究显示了电子和晶格振动的耦合，这种耦合对碲化铅的热-电特性极其重要。图片来源：SLAC国家加速器实验室

　　科学家发现，激光脉冲激发了特定电子态，而处于激发态下的电子通过与声子耦合，造成了材料状态的改变。

　　具体来说，激发后的电子削弱了特定的，与材料低热导率相关的长程作用力（long-range force），从而使材料从不稳定态转变为稳定态。稳定态下的材料，其热-电转换性能较低。反之，材料在不稳定态下，更强的长程作用力将导致更高的热-电转换性能。

　　该研究的相关研究论文于2016年7月22日发表于《Nature Communication》期刊上。对碲化铅的研究，将有助于寻找与碲化铅相比原材料丰度更高、毒性更低的热-电材料。

　　用电荷密度波（charge density wave）控制材料性质

　　基于LCLS的第二项研究聚焦于材料在某些阈值条件下发生的特性突变时的电荷密度波。这些特性突变可以是从绝缘体变成导体，从导体变成超导体，或者从一种磁性状态变为另一种磁性状态等。

　　电荷密度波是材料原子核晶格中交替排列的高电子密度区域和低电子密度区域。它是一种静态现象，不会在材料中传播。打个比方，如果在湖中扔块石头，激发水波，然后瞬间把湖水冻成冰，atv直播，那么凝固的水波类似于电荷密度波。

　　安德烈·辛格（Andrej Singer）是圣迭戈加州大学奥列格·西普瑞科（Oleg Shpyrko）教授研究团队中的博士后，他表示，人类已经在很多特性有趣的材料中观测到电荷密度波的存在，因此建立电荷密度波和材料特性之间的关系是材料科学的研究热点。

　　辛格所在的研究团队发现了一种用激光加强铬晶体电荷密度波的方法，该方法也有望为用于其他材料的改性，例如，简单用一道激光就将普通导体变成超导体。

　　辛格团队研究结果的相关论文于2016年7月25日发表于《Physical Review Letters》上。

　　该动图显示了铬晶体中的电荷密度波在激励激光脉冲的照射下，电子高低密度区产了振幅波动。LCLS发射的X射线激光被铬晶体散射回来，散射信号通过处理产生了这幅图像。波动的时间分辨率以皮秒为单位，1皮秒等于一万亿分之一秒。图片来源：加州大学

　　研究团队使用铬为研究对象，来研究电荷密度波。他们先将铬冷却到-173摄氏度，然后用激光将其激发。于此同时，用LCLS的X射线激光来观测被激发后的电荷密度波振幅。

　　辛格称，atv，在被激光激发后，电荷密度波的振幅瞬时增加了30%，然后振幅开始以450飞秒为周期波动。只要持续用激光脉冲刺激铬材料，电荷密度波的幅度波动就可以持续。

　　多亏了LCLS，科学家才能够对材料晶格进行超高速成像，进而研究电荷密度波的变化。

　　基于以上研究成果，科学家提出了一种解释电荷密度波幅度增强的理论：激励激光脉冲干扰了材料中的电子-声子相互作用，导致材料晶格发生振动。

　　在激励激光脉冲消失后一小段时间，电子-声子相互作用还会存在，它会加大震荡的幅度，就像一个秋千被额外推一下之后，能荡得更高一样。

　　观赏“电声之舞”的下一代利器

　　以上两项研究能够为新材料的研发和材料特性控制提供方法，因此都是固体物理学和材料科学的当前研究热点。

　　LCLS每秒可以发射120个亮度极高的X射线激光脉冲，因此可以以前所未有的分辨力揭开材料“电声之舞”的秘密。