Att upptäcka sätt att kontrollera de topologiska aspekterna av kvantmaterial är en viktig forskningsgräns eftersom det kan leda till önskvärda elektriska och spinntransportegenskaper för framtida enhetstekniker. Nu har MPSD-forskare upptäckt en banbrytande laserdriven metod för att generera ett topologiskt tillstånd i grafen. Deras verk har just publicerats i Naturfysik .

I topologiska material, elektroner upplever en vriden värld. Istället för att bara röra sig rakt fram när man känner en kraft, de kan skjutas i sidled. I ett sådant material flyter strömmen faktiskt ortogonalt till en applicerad spänning.

Grundmodellen som beskriver effekten utvecklades av Duncan Haldane i slutet av 1980 -talet, men till och med dess uppfinnare var skeptisk till att den någonsin skulle kunna implementeras i ett riktigt material. Ändå, genomarbetad kemisk syntes möjliggjorde så småningom mycket liknande effekter, utlöser en teknisk revolution - och så småningom får Haldane Nobelpriset i fysik 2016.

Topologisk transport induceras vanligtvis i material genom att applicera starka magnetfält eller genom att skapa föreningar med stark spin-orbit-koppling. Forskare i Andrea Cavalleris grupp vid MPSD har nu visat att en sammanhängande interaktion med cirkulärt polariserat ljus också kan framkalla topologiska elektriska strömmar i materialet grafen.

Lagets radikalt annorlunda tillvägagångssätt består av att belysa grafen med en stark, cirkulärt polariserad laserpuls, vars elektriska fält driver elektroner i slingor. När materialet är upplyst, det beter sig plötsligt som ett topologiskt material. Det återgår till sitt normala tillstånd när pulsen är borta.

Även om denna mekanism hade testats i simuleringar, det var helt oklart om det skulle fungera i det mer komplicerade sammanhanget med verkliga fasta ämnen - och om det skulle vara möjligt att upptäcka det.

För att bevisa deras upptäckt, fysikerna var tvungna att visa strömmar som flödar i en riktning vinkelrät mot en applicerad spänning. Dock, Det var en stor utmaning:"Eftersom effekten bara kvarstår i ungefär en miljonedel av en miljonedel av en sekund, vi var tvungna att utveckla en ny typ av elektronisk krets för att mäta detta, "säger huvudförfattaren James McIver.

Resultatet blev en ultrasnabb optoelektronisk enhetsarkitektur baserad på fotoledande omkopplare. Det bekräftade förekomsten av effekten. Går vidare, forskarna planerar att använda denna krets för att studera en mängd övertygande problem i kvantmaterial, såsom ljusinducerad supraledning och fotonklädda topologiska kanttillstånd.

"Detta arbete visar att ljus kan konstruera topologiska egenskaper i topologiskt triviala material, "säger medförfattaren Gregor Jotzu." Den ultrahurtiga utseendet på denna effekt har stor potential för konstruktion av extremt snabba sensorer eller datorer. "