La curvatura della bacca potrebbe non essere il concetto scientifico più noto, ma per molti fisici, la sua misurazione diretta è qualcosa di simile a un santo graal.

Un potente principio unificante in diversi rami della fisica classica e quantistica, La curvatura della bacca è una proprietà quantomeccanica strana e sfuggente dei solidi. Governa la dinamica del moto delle cariche nei semiconduttori, ma di per sé non può essere misurata direttamente.

Se potesse essere, il calcolo risultante potrebbe portare a nuovi materiali per l'informatica quantistica.

Ora, I fisici dell'UC Santa Barbara hanno aperto le porte alla prima misurazione diretta della curvatura di Berry nella materia solida. Il loro lavoro, pubblicato sulla rivista Revisione fisica X , si basa su un precedente documento dell'UCSB in cui descrivono esperimenti che hanno portato a una recollisione elettrone-lacuna ottenuta puntando raggi laser ad alta e bassa frequenza su un semiconduttore fatto di arseniuro di gallio.

Per il nuovo giornale, gli scienziati dello Sherwin Group della UCSB hanno collaborato con colleghi in Cina, alla Princeton University e al US Naval Research Laboratory per migliorare il precedente esperimento. Hanno scoperto un nuovo fenomeno sorprendente utilizzando lo stesso semiconduttore sottoposto a campi laser estremamente forti che oscillano quasi 1 trilione di volte al secondo (1 terahertz). Chiamata birifrangenza dinamica, questo fenomeno può essere utilizzato per studiare la curvatura di Berry.

"Quando inizialmente abbiamo fatto l'esperimento, potevamo rilevare solo una banda laterale alla volta e i campioni erano molto fragili e più difficili da lavorare, " ha spiegato l'autore corrispondente Mark Sherwin, direttore dell'Istituto per la scienza e la tecnologia dei Terahertz dell'UCSB e professore presso il Dipartimento di Fisica.

banche cacciatrici, autore principale del nuovo articolo, installato una telecamera che ha permesso alla squadra di vedere tutte le bande laterali contemporaneamente, che diminuiva la durata dell'esperimento e ne aumentava la sensibilità. Ha anche migliorato il modo in cui i campioni sono stati montati e aumentato la forza del campo elettrico terahertz che potrebbe essere applicato.

Questi miglioramenti hanno rivelato bande laterali separate fino a 90 volte l'energia del fotone del terahertz, più di tre volte la quantità nell'esperimento originale. Sherwin ha notato che una maggiore quantità di bande laterali ha permesso al team di saperne di più sul semiconduttore. "Per quanto ne sappiamo, questo enorme numero di bande laterali è il processo ottico non lineare di ordine superiore nei solidi, " Egli ha detto.

Generato da un laser unico ospitato in un edificio dedicato alla UCSB, questi esperimenti guidano sottili strati di semiconduttore mentre sono illuminati da una debole luce infrarossa. La luce infrarossa è polarizzata in due modi:parallela o perpendicolare al campo terahertz.

"La luce infrarossa trasmessa attraverso il semiconduttore mostra uno spettro simile all'arcobaleno contenente dozzine di frequenze, o bande laterali, "Sherwin ha spiegato. "Inaspettatamente, le bande laterali sono solitamente più forti quando il raggio infrarosso è polarizzato perpendicolarmente al campo terahertz. In qualche modo il terahertz sta effettivamente definendo un asse che agisce come un asse polarizzante. Chiamiamo questo fenomeno birifrangenza dinamica, e sorge come diretta conseguenza della curvatura di Berry."

Crea anche possibilità per applicazioni in nuove classi di dispositivi elettronici e ottici.

"Stiamo progettando di trasformare la birifrangenza dinamica in una misurazione diretta della curvatura di Berry, "Sherwin ha spiegato. "Una volta che puoi misurare qualcosa che è una proprietà fondamentale di un solido, poi, quando progetti nuovi materiali, puoi ottimizzare la curvatura della bacca per un particolare dispositivo."

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