Elektroner og lys bevæger sig sammen langs grafenarket. Kredit:ICFO/ F. Vialla
Forskere har undersøgt, hvordan lys kan bruges til at observere et elektronisk materiales kvantenatur. De fangede lys i grafen og bremsede det ned til hastigheden af materialets elektroner. Så begyndte elektroner og lys at bevæge sig sammen, manifesterer deres kvante natur i så stor skala, at den kunne observeres med en særlig type mikroskop.
Eksperimenterne blev udført med grafen i ultrahøj kvalitet. For at ophidse og afbilde de ultra-langsomme bølger af lys i grafen (også kaldet plasmoner), forskerne brugte en speciel antenne til lys, der scanner overfladen i nogle få nanometers afstand. Med dette nærfelts nanoskop, de så, at lysbølgerne på grafenen bevægede sig mere end 300 gange langsommere end lyset, dramatisk afviger fra det, der antydes af klassiske fysiklove.
Værket er blevet offentliggjort i Videnskab af ICFO-forskere Dr. Mark Lundeberg, Dr. Achim Woessner, ledet af ICREA prof. ved ICFO Frank Koppens, i samarbejde med prof. Hillenbrand fra Nanogune, Prof. Polini fra IIT og Prof. Hone fra Columbia University.
Med henvisning til de gennemførte eksperimenter, Prof. Koppens siger, "Som regel, det er meget svært at undersøge kvanteverdenen, og for at gøre det kræver det ultralave temperaturer; her kunne vi observere det med lys ved stuetemperatur."
Denne teknik baner vejen for at udforske mange nye typer kvantematerialer, herunder superledere eller topologiske materialer, der muliggør behandling af kvanteoplysninger med topologiske qubits. Ud over, Prof. Hillenbrand udtaler, at "dette kunne blot være begyndelsen på en ny æra af nærfeltsnanoskopi."
Professor Polini siger, "Denne opdagelse kan i sidste ende føre til forståelse på en virkelig mikroskopisk måde komplekse kvantefænomener, der opstår, når stof udsættes for ultralave temperaturer og meget høje magnetfelter, som den fraktionelle kvante Hall-effekt."