Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Проливаем свет на скрытые свойства квантовых материалов

Проливаем свет на скрытые свойства квантовых материалов
Проливаем свет на скрытые свойства квантовых материалов

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 больше узнать о квантовом материале под названием Ta 2 NiSe 5 (TNS). Их работы опубликованы в журнале Nature Materials .

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.

«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.

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 фотоном на более высокий уровень , он оставляет после себя дырку. 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.

Используя технику Хака, подкрепленную теорией Демлера, и используя расчеты функционала плотности, выполненные группой Анхеля Рубио в Институте структуры и динамики материи Макса Планка, команда смогла наблюдать аномальное усиление терагерцового света, что раскрыло некоторые из скрытых свойств ТНС экситонный 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 этого метода мы можем открыть новые явления, индуцированные светом, которые ранее не исследовались».

Теги: квант

В тренде