Enginering af kvantetilstande i faste stoffer ved hjælp af lys

Et POSTECH-forskerhold ledet af professor Gil-Ho Lee og Gil Young Cho (Institut for Fysik) har udviklet en platform, der kan styre faste materialers egenskaber med lys og måle dem.

Anerkendt for at udvikle en platform til at kontrollere og måle materialers egenskaber på forskellige måder med lys, blev resultaterne fra undersøgelsen offentliggjort i tidsskriftet Nature den 15. marts 2022.

Et materiales elektriske egenskaber bestemmes af elektronernes bevægelse i materialet. For eksempel defineres et materiale som et metal, hvis elektroner kan bevæge sig frit; ellers er det en isolator. For at ændre de elektriske egenskaber af disse faste stoffer har man generelt anvendt varme eller tryk eller tilsætning af urenheder. Dette skyldes, at ændringen i atomernes position i det faste stof ændrer elektronernes bevægelse tilsvarende.

I modsætning hertil er Floquet-tilstanden, hvor den oprindelige kvantetilstand replikeres, når lys bestråles på stof, blevet foreslået. Ved at vedtage et sådant koncept kan kvantetilstande af stof let manipuleres med lys, som effektivt kan bruges i kvantesystemer.

I tidligere eksperimenter var lysintensiteten til at realisere Floquet-tilstand i faste stoffer enorm på grund af den høje frekvens af lys. Floquet-tilstande varer også kun i en meget kort tid på 250 femtosekunder. På grund af deres forbigående karakter er mere kvantitative undersøgelser af deres egenskaber blevet begrænsede.

POSTECH-forskerholdet lykkedes med den eksperimentelle realisering af den stabile Floquet-tilstand i en graphene Josephson-junction (GJJ) og ved at bestråle kontinuerlige mikrobølger på den. Intensiteten af ​​lyset er blevet reduceret til en trilliondel af værdien af ​​tidligere eksperimenter, hvilket reducerer varmeudviklingen betydeligt og muliggør kontinuerligt langvarige Floquet-tilstande.

Forskerholdet udviklede også en ny superledende tunnelspektroskopi til at måle Floquet-tilstandene med høj energiopløsning. Dette er nødvendigt for kvantitativt at verificere karakteristikaene for Floquet-tilstanden, der varierer afhængigt af intensiteten, frekvensen og polariseringen af ​​lys, der påføres enheden.

"Denne undersøgelse er væsentlig, fordi vi har skabt en platform, der kan studere Floquet-tilstanden i detaljer," forklarede professorerne Gil-Ho Lee og Gil Young Cho, der ledede undersøgelsen. De tilføjede:"Vi planlægger yderligere at undersøge sammenhængen mellem lysets egenskaber, såsom polarisering, og Floquet-tilstandene." + Udforsk yderligere

Forskere observerer interferenseffekt mellem Floquet kvasipartikler ved hjælp af strontium optisk gitterur