Jack Featherstone / OIST
Gelecek vaat eden ve güçlü bir mühendislik atılımı, yakında araştırmacıların, elektronları normalden daha yüksek enerji seviyelerine uyararak malzemelerin özelliklerini değiştirmelerine olanak tanıyabilir.
Fizikte, Floket mühendisliği Bir itici kuvvet tarafından indüklenen bir kuantum malzemenin özelliklerinde meydana gelen değişiklikleri içerir; yüksek güçlü ışık.
Ortaya çıkan etki bir değişikliğe neden olur malzemenin davranışı hakkında bilgi vermek, yeni kuantum durumları normal şartlarda oluşmayan özelliklere sahiptir. Umut verici uygulamaları göz önüne alındığında, Floquet mühendisliği uzun yıllardır araştırmacıların ilgisini çekmektedir.
Şimdi, Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (OIST) ve Stanford Üniversitesi’nden bir bilim insanı ekibi, Floquet fiziğine ulaşmak için yeni bir yöntem geliştirdiklerini iddia ediyor. daha verimli önceki yöntemlere göre daha ışığa bağlı.
Yöntem bir makalede ayrıntılı olarak açıklanmıştır. madde Pazartesi günü yayınlandı Doğa Fiziği.
21. Yüzyıl Simyası
Ekibin yeni yaklaşımı bilinenleri güçlendiriyor heyecanlarolduğu ortaya çıktı çok daha güçlü “özellikle iki boyutlu malzemelerde güçlü Coulomb etkileşimi nedeniyle” kuantum malzemeleriyle birleştirmenin mevcut yöntemlere göre daha fazla olduğunu açıklıyor Keshav DaniOIST’te araştırmacı, ifade keşfini duyuruyor.
Bu nedenle, diyor Dani, eksitonlar “böylece güçlü Floquet etkileri elde edebilirler” Işığın yarattığı zorluklardan kaçınmak“.
Ekip, bu yöntemin, “geleceğin” de dahil olduğu çeşitli uygulamaları keşfetmenin yenilikçi bir yolunu sunduğunu söylüyor. egzotik kuantum cihazları ve Floquet mühendisliğinin vaat ettiği malzemeler.”
Bu tür benzersiz fenomenler izin verebilir malzeme bilimindeki uygulamalar neredeyse simyaya benzerÖyle ki, sadece üzerlerine ışık tutularak yeni malzemeler yaratma kavramı, 21. yüzyılın en ileri mühendisliğinden çok bilim kurguya benziyor.
Floket Mühendisliği
Geçmişte Floquet’in etkileri devam ediyordu laboratuvarda anlaşılması zorHer ne kadar yıllar içinde yapılan araştırmalar, bu potansiyellerin doğru şekilde başarılabileceği sürece, potansiyellerini ortaya koymuş olsa da pratik koşullar.
Ancak bir önemli sınırlayıcı faktör birincil itici güç olarak yoğun ışığa bağımlılık olmuştur, bu da malzemelerin hasar görmesine ve hatta buharlaşmasına yol açarak yararlı sonuçları sınırlamaktadır. Bilgilendirme.
Floquet mühendisliği tipik olarak bu tür etkilerin elde edilmesine odaklanır. kuantum koşullarızaman ve mekana dair alışılagelmiş beklentilerimize meydan okuyan. Araştırmacılar ortam olarak yarı iletkenleri veya benzer kristal malzemeleri kullandıklarında elektronlar buna göre davranır. Bu boyutlardan biri olan uzay,.
Bunun nedeni atomların dağılımıElektronların hareketini sınırlayan ve dolayısıyla enerji seviyelerini sınırlayan. Bu tür koşullar yalnızca “periyodik” durum elektronların maruz kaldığı yer.
Fakat, güçlü bir ışık parlıyorsa belirli bir frekansta kristal üzerinde bir temsil eder ek periyodik kuvvetşimdi zaman boyutunda olmasına rağmen. Işık (yani fotonlar) ve elektronlar arasında ortaya çıkan ritmik etkileşim, enerjilerinde ek değişikliklere yol açar.
Bu ikincil periyodik kuvvet olarak kullanılan ışığın frekansını ve yoğunluğunu kontrol ederek elektronlar benzersiz davranışlara sahip olmasına yol açtıBu da heyecanlı kaldıkları süre boyunca içinde bulundukları materyalde değişikliklere neden olur.
Işıktan heyecana
“Şu ana kadar Floquet’in mühendisliği ışığın itici güçleriyle eş anlamlıydı” diyor Xing Zhuşu anda OIST’te doktora öğrencisi ve makalenin ortak yazarı.
Fakat, ışığın maddeyle ne kadar zayıf çiftleştiğiAraştırmacılar geçmişte bu tür etkileri çoğunlukla femtosaniye ölçeğinde elde etmekle sınırlıydı.
“Böyle yüksek enerji seviyeleri materyali buharlaştırma eğilimindedir ve etkileri çok geçici. Buna karşılık eksitonik Floquet mühendisliği çok daha düşük yoğunluklar gerektiriyor” diyor Zhu.
göre Gianluca StefanucciRoma Tor Vergata Üniversitesi’nde profesör ve aynı zamanda çalışmanın ortak yazarı, uyarıcılar ideal bir alternatiftir Çünkü fotonlar, çevredeki malzemeyi uygun ayarlamayla kontrol edilebilecek frekanslarda etkileyebilen, kendi kendine salınan enerji taşırlar.
Stefanucci şöyle açıklıyor: “Eksitonlar malzemenin kendi elektronlarından oluşturulduğundan malzemeyle ışıktan çok daha güçlü bir şekilde birleşirler.”
“Ve en önemlisi, önemli ölçüde daha az ışığa ihtiyaç duyulur için etkili bir periyodik kuvvet olarak hizmet edecek kadar yoğun bir eksiton popülasyonu yaratmak hibridizasyon — şu anda gözlemlediğimiz şey de budur” diye ekliyor.
Geçmişte, OIST ekibi özel olarak tasarlanmış bir düzeneği kullanarak eksiton araştırması yürütüyordu. TR-ARPES“zaman ve açı çözümlemeli fotoemisyon spektroskopisi” anlamına gelir.
Deneyler sırasında ekip yarı iletken bir malzemeyi heyecanlandırdı çok ince, atom kalınlığında, ışıkla birlikte içerideki elektronların enerji seviyeleri kaydedilirken Floquet etkilerinin ortaya çıkışının gözlemlenmesine olanak sağlandı ve ayrıca, Femtosaniye ölçeğinde elektronik sinyalleri ölçün.
Önemli ölçüde bu, araştırmacıların Floquet’in optik olaylarla ilişkili etkilerini değerlendirmesine olanak sağladı. bağımsız olarak eksitonik davranışla ilgili olanlar.
“Floquet kopyalarını ışık altında gözlemlemek düzinelerce saat veri toplamayı gerektirdi” dedi. Vivek PareekKaliforniya Teknoloji Enstitüsü Başkanlık Doktora Sonrası Araştırmacısı ve çalışmanın ilk yazarı
Pareek, gereken veri miktarına rağmen ekibin eksitonik Floquet efektlerini “çok daha güçlü bir etkiyle” elde etmeyi başardığını doğruladı.
Ekip, sonuçlarının Floquet’in etkilerinin bu koşullar altında elde edilebileceğini ve kullanılarak güvenilir bir şekilde oluşturulabileceğini kanıtladığını söylüyor. daha güçlü bir araç (bu durumda uyarımlar) yalnızca ışığın sağlayabileceğinden daha fazlasıdır.
Bu da bu yeteneklerin kullanımının önünü açıyor. uygulama yelpazesi yararlı kuantum malzemelerinin ve cihazlarının geliştirilmesine yardımcı olabilir.
Saniye David BaconÇalışmanın ilk yazarlarından biri olan bu keşif “kapıyı açtı” uygulamalı Floquet fiziği“Kuantum materyallerini doğrudan yaratma ve manipüle etme konusundaki güçlü potansiyeli göz önüne alındığında çok heyecan verici” bir başarı.
“Bunun tarifine henüz sahip değiliz.“, diye ekledi Bacon, “ama artık elimizde gerekli spektral imza ilk pratik adımlar için”.