Среда, 21 февраля, 2024
ДомойФизикаТени и свет: открытие скрытых глубин квантовых материалов

Тени и свет: открытие скрытых глубин квантовых материалов

- Advertisement -

Исследователи разработали передовую оптическую технику, позволяющую раскрыть скрытые свойства квантового материала Ta2NiSe5 (TNS) с помощью света. Используя терагерцовую спектроскопию во временной области, команда наблюдала аномальное усиление терагерцового света, что указывает на присутствие экситонного конденсата. Это открытие открывает новые возможности для использования квантовых материалов в запутанных источниках света и других приложениях в квантовой физике. Фото: SciTechDaily.com

Ученые использовали лазерную технику, чтобы выявить скрытые квантовые свойства материала Ta2NiSe5, что потенциально продвинет разработку квантовых источников света.

Некоторые материалы обладают скрытыми желаемыми свойствами, и точно так же, как вы используете фонарик, чтобы видеть в темноте, ученые могут использовать свет, чтобы раскрыть эти свойства.

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего использовали передовую оптическую технику, чтобы узнать больше о квантовом материале под названием Та.2НиСе5 (ТНС). Их работа была опубликована в журнале Природные материалы.

Материалы могут подвергаться воздействию различных внешних раздражителей, часто с изменениями температуры или давления; однако, поскольку свет — самая быстрая вещь во Вселенной, материалы будут очень быстро реагировать на оптические стимулы, раскрывая свойства, которые в противном случае остались бы скрытыми.

Используя улучшенную технику, которая давала доступ к более широкому диапазону частот, команда смогла раскрыть некоторые скрытые свойства экситонного конденсата TNS. Фото: Шейх Рубайат Уль Хак / Стэнфордский университет.

Передовые оптические методы в квантовых материалах

«По сути, мы освещаем материал лазером, и это похоже на покадровую фотографию, где мы можем постепенно отслеживать определенные свойства этого материала», — сказал профессор физики Ричард Аверитт, который руководил исследованием и является одним из авторов статьи. «Глядя на то, как составляющие частицы движутся в этой системе, мы можем выявить те свойства, которые действительно сложно обнаружить другим способом».

Эксперимент провел ведущий автор шейх Рубайат Уль Хак, который окончил Калифорнийский университет в Сан-Диего в 2023 году и сейчас является научным сотрудником Стэнфордского университета. Он вместе с Юань Чжаном, еще одним аспирантом лаборатории Аверитта, усовершенствовал метод, называемый терагерцовой спектроскопией во временной области. Этот метод позволяет ученым измерять свойства материала в диапазоне частот, а усовершенствования Хака позволили им получить доступ к более широкому диапазону частот.

Квантовые состояния и усиление света

Работа была основана на теории, созданной другим автором статьи, Юджином Демлером, профессором ETH Zürich. Демлер и его аспирант Мариос Майкл разработали идею о том, что когда определенные квантовые материалы возбуждаются светом, они могут превратиться в среду, усиливающую свет терагерцовой частоты. Это побудило Хака и его коллег внимательно изучить оптические свойства TNS.

Когда электрон возбуждается на более высокий уровень под действием фотон, он оставляет после себя дыру. Если электрон и дырка связаны, создается экситон. Экситоны также могут образовывать конденсат — состояние, которое возникает, когда частицы собираются вместе и ведут себя как единое целое.

Техника Хака, подкрепленная теорией Демлера и используя расчеты функционала плотности, выполненные группой Анхеля Рубио из Института структуры и динамики материи Макса Планка, команде удалось наблюдать аномальное усиление терагерцового света, которое раскрыло некоторые скрытые свойства TNS-экситона. конденсат.

Конденсаты представляют собой четко определенное квантовое состояние, и использование этого спектроскопического метода может позволить запечатлеть некоторые из их квантовых свойств на свету. Это может иметь значение в развивающейся области запутанных источников света (где несколько источников света имеют взаимосвязанные свойства), использующих квантовые материалы.

«Я думаю, что это широко открытое пространство», — заявил Хак. «Теория Демлера может быть применена к ряду других материалов с нелинейными оптическими свойствами. С помощью этой техники мы можем открыть новые явления, вызванные светом, которые раньше не исследовались».

Ссылка: «Терагерцовое параметрическое усиление как показатель динамики экситонного конденсата», Шейх Рубайат Уль Хак, Мариос Х. Майкл, Джунбо Чжу, Юань Чжан, Лукас Виндгаттер, Симоне Латини, Джошуа П. Уэйкфилд, Гу-Фэн Чжан, Цзинди Чжан, Анхель Рубио, Джозеф Г. Чекельски, Юджин Демлер и Ричард Д. Аверитт, 3 января 2024 г., Природные материалы.
DOI: 10.1038/s41563-023-01755-2

Финансирование, предоставленное ДАРПА Программа DRINQS (D18AC00014), Швейцарский национальный научный фонд (200021_212899), Исследовательское бюро армии (W911NF-21-1-0184), Европейский исследовательский совет (ERC-2015-AdG694097), Кластер передового опыта «Расширенное изображение материи». (AIM), Grupos Consolidados (IT1249-19), Deutsche Forschungsgemeinschaft (170620586) и Института Flatiron.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме