Schema för den nästan resonanta optiska exciteringen följt av OSE. (Vänster) Den ursprungliga energiallokeringen för p-bandet (röd heldragen linje) och s-bandet (blå heldragen linje) med energigap EgEg. (Center) Med tillämpning av cw-laser med frekvens ωω och konstant elektriskt fält FxFx, OSE orsakar kvasienergiuppdelning av storleksordningen Rabi-frekvensen ΩRΩR mellan ett par fotodressade band, s(n−1)s(n−1) och p(n), med n=0, 1n=0, 1. (Höger) Med den ytterligare ökningen av FxFx, ett par band av p(1) och s(−1)s(−1) genomgår inversion med antikorsning. Bandkorsning sker vid en viss FxFx, som visas med en streckad linje. Kreditera: Vetenskapliga rapporter (2021). DOI:10.1038/s41598-021-82230-3
Forskare vid University of Tsukuba visade möjligheten att elektroner rör sig som om de vore masslösa när vissa material som kallas "topologiska isolatorer" bestrålas med laserstrålar. Detta arbete kan leda till en ny klass av högeffektiva elektroniska enheter och fotoniska kristaller.
Konventionella elektroniska enheter förlitar sig främst på kiselkristaller. Ur synvinkeln av elektroner som utgör de elektriska signalerna som strömmar genom dessa material, systemen är så stora att de är praktiskt taget oändliga. Detta gör att de flesta av de elektroniska strukturerna liknar de matematiska lösningarna av ett "bulk" oändligt repeterande gitter. Dock, de senaste framstegen inom fast tillståndets fysik har pekat på möjligheten av "topologiska isolatorer, " som är material som vanligtvis är elektriska isolatorer, men har tillstånd som finns vid kanten av materialet. Dessa yttillstånd som skapas av den abrupta övergången från materialet till tomt utrymme har speciella egenskaper, såsom skydd mot störningar av störningar, som kan hända med andra elektroniska tillstånd. I vissa fall, elektronerna kan röra sig så fritt att de fungerar som om de inte hade någon massa alls. Så spännande som topologiska tillstånd är, mycket är fortfarande inte känt om hur man genererar dem och hur de beter sig.
Nu, ett forskarlag vid University of Tsukuba har använt teoretiska beräkningar för att förutsäga de elektroniska tillstånd som kan bildas när en laser exciterar en topologisk isolator. Detta kan hjälpa till att fylla luckor i vår kunskap om dessa material, eftersom empirisk data är svår att få fram. Forskarna kunde visa att Dirac säger, där elektroner börjar verka masslösa, kan genereras på detta sätt. "Experiment på topologiska tillstånd i icke-jämvikt är fortfarande få, även om de har potential att tillhandahålla en ny plattform för att skapa oväntade masslösa Dirac-tillstånd, " säger seniorförfattaren Ken-ichi Hino. Teamet kunde förklara sina fynd som ett resultat av skapandet av fyrfaldiga oavsiktliga degenerationer vid högsymmetripunkterna. "Vi hoppas att vårt arbete kommer att påskynda processen att undersöka topologiska isolatorer, " säger professor Hino. Resultaten av detta projekt kan hjälpa till att bana väg för nya datorsystem som slösar mindre energi på grundval av dessa material.
