Ett team av forskare har utarbetat ett enkelt sätt att ställa in en kännetecknande kvanteffekt i grafen - materialet som bildas av ett enda lager av kolatomer - genom att bada det i ljus. Deras teoretiska arbete, som nyligen publicerades i Fysiska granskningsbrev , föreslår ett sätt att förverkliga ett nytt kvantbeteende som tidigare förutspåtts men som hittills har varit otillgängligt i experiment.

"Vår idé är att använda ljus för att konstruera dessa material på plats, säger Tobias Grass, en postdoktor vid Joint Quantum Institute (JQI) och en medförfattare till artikeln. "Den stora fördelen med ljus är dess flexibilitet. Det är som att ha en ratt som kan förändra fysiken i ditt prov."

Förslaget föreslår en metod för att förändra en fysisk effekt som uppstår i platta material som hålls vid mycket låga temperaturer och som utsätts för extremt starka magneter - åtminstone tusen gånger starkare än en kylskåpsmagnet. Under dessa omständigheter, elektroner som snurrar runt i ett tvådimensionellt landskap börjar bete sig på ett ovanligt sätt. Istället för att kontinuerligt flöda genom materialet, de låses in i snäva cirkulära banor av speciell storlek och energi, knappt avviker från sina fläckar. Endast ett visst antal elektroner kan ockupera varje bana. När banor är delvis fyllda – vilket ger elektroner lite utrymme att andas – aktiverar det nya typer av interaktioner mellan de laddade partiklarna och leder till en komplex kvantdans.

Elektroner utför denna koreografi - känd som fraktionell kvant Hall-effekt - i grafen. Intressant, Att ställa in interaktionerna mellan elektroner kan locka dem till olika kvanthall-dansmönster, men det kräver en starkare magnet eller ett helt annat prov – ibland med två lager grafen staplade ihop.

Det nya verket, som är ett samarbete mellan forskare vid JQI och City College of New York, föreslår att man använder laserljus för att kringgå några av dessa experimentella utmaningar och till och med skapa nya kvantdanser. Ljuset kan få elektroner att hoppa mellan banor med olika energier. Som ett resultat, interaktionerna mellan elektronerna förändras och leder till ett annat dansmönster, inklusive några som aldrig tidigare setts i experiment. Ljusets intensitet och frekvens ändrar antalet elektroner i specifika banor, ger ett enkelt sätt att kontrollera elektronernas prestanda. "En sådan ljus-materia-interaktion resulterar i några modeller som tidigare har studerats teoretiskt, " säger Mohammad Hafezi, en JQI Fellow och en författare till tidningen. "Men inget experimentschema föreslogs för att genomföra dem."

Att låsa upp dessa teoretiska danser kan avslöja ett nytt kvantbeteende. Vissa kan till och med skapa exotiska kvantpartiklar som kan samarbeta för att förbli skyddade från brus - en lockande idé som kan vara användbar i strävan att bygga robusta kvantdatorer.