Forskning inom kvantmaterial banar väg för banbrytande upptäckter och är redo att driva tekniska framsteg som kommer att omdefiniera landskapen för industrier som gruvdrift, energi, transport och medicinteknik.
En teknik som kallas tids- och vinkelupplöst fotoemissionsspektroskopi (TR-ARPES) har dykt upp som ett kraftfullt verktyg som gör det möjligt för forskare att utforska kvantmaterialens jämvikt och dynamiska egenskaper via ljus-materia-interaktion.
Publicerad i Review of Modern Physics , en färsk granskning av professor Fabio Boschini från Institut national de la recherche scientifique (INRS), tillsammans med kollegor Marta Zonno från Canadian Light Source (CLS) och Andrea Damascelli från UBC:s Steward Blusson Quantum Matter Institute (QMI), illustrerar att TR -ARPES har snabbt mognat till en kraftfull teknik under de senaste två decennierna.
"TR-ARPES är en effektiv teknik inte bara för grundläggande studier utan också för att karakterisera ut-ur-jämviktsegenskaper hos kvantmaterial för framtida tillämpningar", säger professor Boschini, som är specialiserad på ultrasnabba spektroskopier av kondenserad materia, vid Énergie Matériaux Télécommunications Research. Center.
Det nya dokumentet ger en omfattande genomgång av forskning som använder TR-ARPES och dess växande betydelse för att utforska ljusinducerad elektrondynamik och fasövergångar i ett brett spektrum av kvantmaterial.
"Det vetenskapliga samfundet undersöker för närvarande nya "avstämningsrattar" för att kontrollera de elektroniska, transport- och magnetiska egenskaperna hos kvantmaterial på begäran. En av dessa "avstämningsknappar" är interaktionen mellan ljus och materia, som lovar att ge fin kontroll av egenskaper hos kvantmaterial på ultrasnabba tidsskalor", säger professor Boschini, som också är en QMI affiliate-utredare.
"TR-ARPES är den idealiska tekniken för detta ändamål eftersom den ger direkt insikt i hur ljusexcitation modifierar elektroniska tillstånd med tid, energi och momentumupplösning."
"TR-ARPES har inlett en ny era av kvantmaterialforskning, som gör det möjligt för oss att "knacka på systemet" och observera hur det reagerar, och pressa materialen ur jämvikt för att avslöja deras dolda egenskaper," tillägger Blusson QMI Scientific Director Andrea Damascelli.
TR-ARPES kombinerar spektroskopi av kondenserad materia (ARPES) med ultrasnabba lasrar (fotonik), som sammanför forskargrupper från båda områdena. Tekniken har mycket av sin framgång tack vare betydande framsteg i utvecklingen av nya laserkällor som kan producera ljus med exakta egenskaper.
Boschini arbetar nära i ämnet med professor François Légaré, professor vid INRS och expert på ultrasnabb laservetenskap och teknologi. Tillsammans byggde och driver Boschinis och Légarés grupper en toppmodern TR-ARPES-ändstation med unika intensiva långvågsexciteringsförmåga vid laboratoriet Advanced Laser Light Source (ALLS).
"Tack vare stödet från Canada Foundation for Innovation (CFI), regeringarna i Québec (MEIE) och Kanada, och LaserNetUS, samt det senaste programmet CFI Major Science Initiatives, är vi nu i den privilegierade positionen att öppna TR -ARPES slutstation vid ALLS till nationella och internationella användare", säger professor Légaré, chef för Énergie Matériaux Télécommunications Research Centre vid INRS och vetenskaplig chef för ALLS.
Enligt professor Boschini är TR-ARPES nu en mogen teknik med en bevisad inverkan på olika grenar av fysik och kemi. "Ytterligare experimentell och teoretisk utveckling, liknande vad vi gör på ALLS, tyder på att ännu mer spännande tider ligger framför oss", avslutar han.
Mer information: Fabio Boschini et al, Tidslösta ARPES-studier av kvantmaterial, Reviews of Modern Physics (2024). DOI:10.1103/RevModPhys.96.015003
Tillhandahålls av INRS
