211service.com
Få fotoner til å spille pent med elektroner
Forskere ved MIT har lykkes med å få fotoner og elektroner til å danse sammen på overflaten av en uvanlig type materiale som kalles en topologisk isolator. Denne typen kobling hadde blitt forutsagt av teoretikere, men aldri tidligere observert.
Nuh Gedik med elektronspektrometeret som han og teamet hans brukte for å studere elektronadferd.
Forskerne foreslår at dette funnet kan gjøre det mulig å lage materialer hvis elektroniske egenskaper kan justeres i sanntid, ganske enkelt ved å skinne presise laserstråler mot dem. Arbeidet åpner en ny vei for optisk manipulering av kvantetilstander i materie, sier Nuh Gedik, førsteamanuensis i fysikk og seniorforfatter av en artikkel i Vitenskap som beskriver det nye verket.
Gedik og teamet hans skjøt ekstremt korte pulser av midt-infrarødt laserlys – som varte bare noen få hundre femtosekunder, eller milliondeler av en milliarddels sekund – på en prøve av den topologiske isolatoren, et solid krystallinsk materiale. De observerte resultatene med et elektronspektrometer, et spesialisert høyhastighetskamera.
Det de så da de pulserte fotonene ble blandet med de eksotiske elektronene på materialets overflate demonstrerte eksistensen av en kvantemekanisk blanding kjent som en Floquet-Bloch-tilstand. Bloch-tilstander (som beskriver den vanlige, gjentatte bevegelsen av elektroner i en krystall) er periodiske i rommet. Floquet-tilstander (som beskriver hvordan fotoner samhandler med materie) er periodiske i tid. Å få elektroner og fotoner til å samhandle på en sammenhengende måte genererer Floquet-Bloch-tilstanden, som er periodisk i både tid og rom.
Høyhastighetskameraet tok øyeblikksbilder av den aldri før-sett tilstand fra generasjonen til den forsvant, en prosess som varte bare noen få hundre femtosekunder. Forskerne fant også at materialets oppførsel endret seg når polarisasjonen av lyset endret seg.
Funnene deres tyder på at det er mulig å endre de elektroniske egenskapene til et materiale - for eksempel å endre det fra en leder til en halvleder - bare ved å stråle det med lys polarisert på en bestemt måte. Normalt, for å produsere slike dramatiske endringer i et materiales egenskaper, må du gjøre noe voldsomt med det, sier Gedik. Men i dette tilfellet kan det være mulig å gjøre dette bare ved å skinne lys på det.
Det vil ta litt tid å vurdere mulige søknader, sier Gedik. Men, antyder han, dette kan være en måte å lage materialer for spesifikke funksjoner. Tenk deg at du vil at et materiale skal gjøre noe – for eksempel å lede strøm eller være gjennomsiktig, sier han. Dette gjør vi vanligvis med kjemiske midler. Med denne nye metoden kan et laserlys være alt som trengs.