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　　光與凝聚態物質相互作用的許多種形式已經 為人們所知曉，例如光致發光，基于固體的各種非線性光學現象(拉曼散射、二次諧波產生、空間 自相位調制等)，激光在晶體中產生相干態聲子、 磁振子，等等。雖然光與凝聚態物質相互作用的 研究可以追溯到很久以前，激光的發明也已經有50多年的歷史了，但是由于新材料的出現，仍然 有新的現象被發現，這里介紹的光致發聲就是這 樣一種新的物理現象。如同光致發光是在光的激發下固體發出光一樣，光致發聲是在光的激發下固體發出聲音。

　　光致發聲這一物理現象的發現與另一種物理 現象--電致發聲--有一定的關聯。2008年，范守善、姜開利等利用碳納米管長絲平行排列形 成薄膜，發現該薄膜兩端通電后可以發出音頻聲音，這使得柔性的透明的揚聲器這一夢想得以 成真，并引起了廣泛的關注和興趣。2011年，任天令等在多層石墨烯片中首次觀測到了二維材料 體系的電致發聲現象，繼而又在單層石墨烯中實現，極大地拓展了傳統聲源器件的應用空間，引起了廣泛的關注。基于這樣的研究背景，趙繼民等設想，如果能夠實現光致發聲，則是非 接觸的發聲，是一種新的物理現象。但是，(1)光致發聲在一般材料中很弱，此前很少有關于光致發聲在固體材料中被觀測研究的報道，也未在上 述低維碳材料中被發現過；(2)關于光致發聲的物理機制是光-聲過程還是光-熱-聲過程尚不清 楚，也沒有任何實驗證實；(3)在電致發聲或光致發聲實驗中實現對聲波的相干調控更加困難，此前實驗上還沒能實現。 最近，經過深入研究，趙繼民等在多層石墨烯片中發現了光致發聲現象：當采用幾千赫茲 重復頻率的超快激光脈沖激發多層石墨烯片時，人耳能清晰地聽到發出的音頻聲音(圖1)，該聲音 的強度隨激光功率大小線性變化，這是國際上第 一次在石墨烯材料中觀察到這一現象，為光能轉 化成聲能方面的應用開辟了道路。

圖1 光致發聲現象的發現。激光脈沖在石墨烯片層上通過電子—聲子相互作用產生熱，熱再傳遞給空氣分子產生聲波。紅色代表激光脈沖，橙色代表熱梯度，藍色代表聲波及其傳播。光致發聲的物理機制為光—熱—聲效應研究快訊

　　為了深入研究光致發聲的物理機制，他們需 要設計一個能夠區分熱效應和光效應的實驗。這并不容易，在很多研究中，熱效應和光效應的區 分都是一個關鍵的具有挑戰性的物理問題。趙繼民等設想從時間尺度上進行區分：在固體中最 先響應光的是電子等載流子而非晶格原子，它們帶電荷，比原子輕，在飛秒量級的時間尺度(相干 階段)即可到達激發態。在與超快激光作用下，電子的溫度可以達到一千攝氏度以上，遠遠高于晶格的溫度，這樣的高溫電子，冷卻的途徑主要 有兩種可能，將能量傳遞給晶格原子或環境氣體分子。如果是前者，先把能量通過電子-聲子散射傳遞給熱聲子(即產生熱效應)，再由這些熱聲子將能量傳遞給空氣分子，則是光-熱-聲物理機制；如果是后者，直接把能量傳遞給空氣分子，則是光-聲物理機制。這兩者可以從響應時間的尺度上加以區分：典型的電子-原子相互作用的時間尺度在皮秒量級，而通常熱效應中的熱平衡、熱擴散則在納秒-微秒量級以上。