Active optical control over matter is desirable in many scientific disciplines, with prominent examples in all-optical magnetic switching 1 , 2 , light-induced metastable or exotic phases of solids 3 – 8 and the coherent control of chemical reactions 9 , 10 . Typically, these approaches dynamically steer a system towards states or reaction products far from equilibrium. In solids, metal-to-insulator transitions are an important target for optical manipulation, offering ultrafast changes of the electronic 4 and lattice 11 – 16 properties. The impact of coherences on the efficiencies and thresholds of such transitions, however, remains a largely open subject. Here, we demonstrate coherent control over a metal–insulator structural phase transition in a quasi-one-dimensional solid-state surface system. A femtosecond double-pulse excitation scheme 17 – 20 is used to switch the system from the insulating to a metastable metallic state, and the corresponding structural changes are monitored by ultrafast low-energy electron diffraction 21 , 22 . To govern the transition, we harness vibrational coherence in key structural modes connecting both phases, and observe delay-dependent oscillations in the double-pulse switching efficiency. Mode-selective coherent control of solids and surfaces could open new routes to switching chemical and physical functionalities, enabled by metastable and non-equilibrium states. A structural phase transition from metal to insulator on a solid surface is controlled by an ultrafast sequence of optical pulses.

中文翻译：

---

表面结构相变的相干控制

在许多科学学科中，对物质的主动光学控制是可取的，在全光磁开关 1、2、光诱导的亚稳态或固体异相 3-8 以及化学反应的相干控制 9、10 中都有突出的例子。通常，这些方法动态地引导系统朝向远离平衡的状态或反应产物。在固体中，金属到绝缘体的转变是光学操作的重要目标，提供电子 4 和晶格 11-16 特性的超快变化。然而，连贯性对这种转变的效率和门槛的影响仍然是一个很大程度上开放的话题。在这里，我们展示了对准一维固态表面系统中金属 - 绝缘体结构相变的相干控制。飞秒双脉冲激发方案 17-20 用于将系统从绝缘状态切换到亚稳态金属状态，并通过超快低能电子衍射 21、22 监测相应的结构变化。为了控制转变，我们利用连接两个相的关键结构模式中的振动相干性，并观察双脉冲切换效率中的延迟相关振荡。固体和表面的模式选择性相干控制可以打开切换化学和物理功能的新途径，通过亚稳态和非平衡状态实现。固体表面上从金属到绝缘体的结构相变由超快的光脉冲序列控制。并且通过超快低能电子衍射监测相应的结构变化21、22。为了控制转变，我们利用连接两个相的关键结构模式中的振动相干性，并观察双脉冲切换效率中的延迟相关振荡。固体和表面的模式选择性相干控制可以打开切换化学和物理功能的新途径，通过亚稳态和非平衡状态实现。固体表面上从金属到绝缘体的结构相变由超快的光脉冲序列控制。并且通过超快低能电子衍射监测相应的结构变化21、22。为了控制转变，我们利用连接两个相的关键结构模式中的振动相干性，并观察双脉冲切换效率中的延迟相关振荡。固体和表面的模式选择性相干控制可以打开切换化学和物理功能的新途径，通过亚稳态和非平衡状态实现。固体表面上从金属到绝缘体的结构相变由超快的光脉冲序列控制。并观察双脉冲开关效率中的延迟相关振荡。固体和表面的模式选择性相干控制可以打开切换化学和物理功能的新途径，通过亚稳态和非平衡状态实现。固体表面上从金属到绝缘体的结构相变由超快的光脉冲序列控制。并观察双脉冲开关效率中的延迟相关振荡。固体和表面的模式选择性相干控制可以打开切换化学和物理功能的新途径，通过亚稳态和非平衡状态实现。固体表面上从金属到绝缘体的结构相变由超快的光脉冲序列控制。