Jack Featherstone / OIST
Terobosan teknik yang menjanjikan dan kuat akan segera memungkinkan para peneliti mengubah sifat material dengan menarik elektron ke tingkat energi yang lebih tinggi dari normal.
Dalam fisika, itu Rekayasa Floquet melibatkan perubahan sifat material kuantum yang disebabkan oleh gaya penggerak, seperti lampu berdaya tinggi.
Efek yang dihasilkan menyebabkan suatu perubahan pada perilaku materi, pengenalan keadaan kuantum baru dengan sifat yang tidak terjadi pada kondisi normal. Mengingat penerapannya yang menjanjikan, teknik Floquet telah menarik perhatian para peneliti selama bertahun-tahun.
Kini, tim ilmuwan dari Institut Sains dan Teknologi Okinawa (OIST) dan Universitas Stanford mengklaim telah mengembangkan metode baru untuk mencapai fisika Floquet, lebih hemat dari metode sebelumnya, yang mana bergantung pada cahaya.
Metodenya dirinci dalam a artikel diterbitkan pada hari Senin di Fisika Alam.
Alkimia Abad 21
Pendekatan baru tim ini memanfaatkan apa yang sudah dikenal kegembiraanyang ternyata jauh lebih kuat dalam menggabungkan dengan material kuantum dibandingkan metode yang ada “karena interaksi Coulomb yang kuat, khususnya dalam material dua dimensi”, jelasnya Keshav Danipeneliti di OIST, di penyataan mengumumkan penemuan tersebut.
Oleh karena itu, kata Dani, eksiton “dapat menghasilkan efek Floquet yang kuat menghindari tantangan yang ditimbulkan oleh cahaya“.
Tim mengatakan metode ini menawarkan cara inovatif untuk mengeksplorasi berbagai aplikasi, termasuk “masa depan perangkat kuantum eksotis dan material yang dijanjikan oleh teknik Floquet.”
Fenomena unik seperti itu bisa memungkinkan aplikasi dalam ilmu material hampir mirip dengan alkimiasampai-sampai konsep menciptakan material baru hanya dengan menyinari material tersebut terdengar lebih seperti fiksi ilmiah daripada teknik paling canggih di abad ke-21.
Teknik Floquet
Di masa lalu, efek Floquet masih ada sulit dipahami di laboratoriummeskipun penyelidikan selama bertahun-tahun telah menunjukkan potensinya, selama hal tersebut dapat dicapai kondisi praktis.
Namun, sebuah faktor pembatas yang penting ketergantungan pada cahaya yang kuat sebagai kekuatan pendorong utama, yang juga dapat menyebabkan kerusakan atau bahkan penguapan material, sehingga membatasi hasil yang bermanfaat, jelas the Pembahasan.
Biasanya, teknik Floquet berfokus pada pencapaian efek seperti itu di bawah kondisi kuantumyang menantang ekspektasi kita terhadap ruang dan waktu. Ketika peneliti menggunakan semikonduktor atau bahan kristal serupa sebagai media, elektron akan berperilaku sesuai. salah satu dimensi ini, ruang, memungkinkan.
Hal ini disebabkan oleh distribusi atomyang membatasi pergerakan elektron dan, akibatnya, membatasi tingkat energinya. Kondisi seperti ini hanya mewakili a kondisi “berkala”. ke mana elektron dikenakan.
Namun, jika cahaya yang kuat bersinar pada kristal pada frekuensi tertentu, mewakili a kekuatan periodik tambahanmeski sekarang dalam dimensi waktu. Interaksi ritmis yang dihasilkan antara cahaya (yaitu foton) dan elektron menyebabkan perubahan tambahan pada energinya.
Dengan mengendalikan frekuensi dan intensitas cahaya yang digunakan sebagai gaya periodik sekunder, elektron dapat terbentuk menyebabkan perilaku yang unikyang juga menyebabkan perubahan pada materi yang mereka huni selama mereka tetap tereksitasi.
Mulai dari yang ringan hingga yang seru
“Sampai saat ini, teknik Floquet identik dengan kekuatan penggerak cahaya,” katanya Xing Zhusaat ini menjadi mahasiswa PhD di OIST dan salah satu penulis artikel.
Namun, betapa ringannya pasangan yang buruk dalam hal materipara peneliti di masa lalu terbatas dalam mencapai efek tersebut, sebagian besar pada skala femtosecond.
“Tingkat energi yang tinggi cenderung menguapkan material, dan dampaknya memang demikian sangat fana. Sebaliknya, rekayasa Floquet eksitonik memerlukan intensitas yang jauh lebih rendah,” kata Zhu.
Menurut Gianluca Stefanucciprofesor di Universitas Roma Tor Vergata, dan juga salah satu penulis studi tersebut, the eksitasi adalah alternatif yang ideal ke foton karena mereka membawa energi yang berosilasi sendiri yang dapat mempengaruhi materi di sekitarnya pada frekuensi yang dapat dikontrol melalui penyesuaian yang tepat.
“Karena eksiton tercipta dari elektron material itu sendiri, eksiton tersebut berpasangan jauh lebih kuat dengan material dibandingkan cahaya,” jelas Stefanucci.
“Dan, yang terpenting, secara signifikan lebih sedikit cahaya yang dibutuhkan untuk menciptakan populasi eksiton yang cukup padat untuk berfungsi sebagai kekuatan periodik yang efektif hibridisasi — itulah yang kami amati sekarang”, tambahnya.
Di masa lalu, tim OIST telah melakukan penelitian eksiton menggunakan rakitan yang dirancang khusus yang disebut TR-ARPESyang merupakan singkatan dari “spektroskopi fotoemisi dengan penyelesaian waktu dan sudut”.
Selama percobaan, tim mengeksitasi bahan semikonduktor sangat tipis, ketebalan atom, dengan cahaya, sambil mencatat tingkat energi elektron di dalamnya, yang memungkinkan pengamatan manifestasi efek Floquet dan, sebagai tambahan, mengukur sinyal elektronik pada skala femtosecond.
Secara signifikan, hal ini memungkinkan para peneliti untuk mengevaluasi efek Floquet yang terkait dengan fenomena optik secara mandiri yang berhubungan dengan perilaku eksitonik.
“Butuh waktu puluhan jam akuisisi data untuk mengamati replika Floquet secara terang-terangan,” katanya. Vivek PareekPenyelidik Pascadoktoral Kepresidenan di Institut Teknologi California dan penulis pertama studi ini
Terlepas dari banyaknya data yang diperlukan, tim berhasil mencapai efek Floquet yang menarik, Pareek menegaskan, “dan dengan efek yang jauh lebih kuat”.
Tim mengatakan hasil mereka membuktikan bahwa efek Floquet dapat dicapai dalam kondisi seperti itu dan dapat dihasilkan dengan menggunakan metode yang andal sarana yang lebih ampuh (kegembiraan, dalam hal ini) yang hanya bisa diberikan oleh cahaya.
Hal ini membuka jalan bagi penggunaan kemampuan ini dalam a berbagai aplikasi yang dapat membantu pengembangan material dan perangkat kuantum yang berguna.
Kedua David Baconsalah satu penulis pertama penelitian ini, penemuan tersebut “membuka pintu bagi menerapkan fisika Floquet“, sebuah pencapaian yang “sangat menarik, mengingat potensinya yang kuat untuk secara langsung menciptakan dan memanipulasi material kuantum”.
“Kami belum mempunyai resepnya.“, tambah Bacon, “tapi sekarang kita punya tanda tangan spektral yang diperlukan untuk langkah praktis pertama”.
