Un team di ricercatori ha escogitato un modo semplice per mettere a punto un caratteristico effetto quantistico nel grafene, il materiale formato da un singolo strato di atomi di carbonio, bagnandolo di luce. Il loro lavoro teorico, che è stato pubblicato di recente in Lettere di revisione fisica , suggerisce un modo per realizzare un nuovo comportamento quantistico che era stato precedentemente previsto ma che finora è rimasto inaccessibile negli esperimenti.

"La nostra idea è quella di utilizzare la luce per progettare questi materiali sul posto, "dice Tobias Erba, un ricercatore post-dottorato presso il Joint Quantum Institute (JQI) e coautore del documento. "Il grande vantaggio della luce è la sua flessibilità. È come avere una manopola che può cambiare la fisica nel tuo campione".

La proposta suggerisce un metodo per alterare un effetto fisico che si verifica in materiali piatti mantenuti a temperature molto basse e sottoposti a magneti estremamente potenti, almeno mille volte più forti di un magnete da frigorifero. In queste circostanze, gli elettroni che sfrecciano in un paesaggio bidimensionale iniziano a comportarsi in modo insolito. Invece di fluire continuamente attraverso il materiale, si bloccano in strette orbite circolari di particolari dimensioni ed energie, allontanandosi a malapena dai loro punti. Solo un certo numero di elettroni può occupare ciascuna orbita. Quando le orbite sono parzialmente riempite, il che dà agli elettroni un po' di spazio per respirare, attiva nuovi tipi di interazioni tra le particelle cariche e porta a una complessa danza quantistica.

Gli elettroni eseguono questa coreografia, nota come effetto Hall quantistico frazionario, nel grafene. interessante, sintonizzare le interazioni tra gli elettroni può persuaderli in diversi modelli di danza Hall quantistica, ma richiede un magnete più forte o un campione completamente diverso, a volte con due strati di grafene impilati insieme.

Il nuovo lavoro, che è una collaborazione tra i ricercatori del JQI e il City College di New York, propone di utilizzare la luce laser per aggirare alcune di queste sfide sperimentali e persino creare nuove danze quantistiche. La luce può spingere gli elettroni a saltare tra orbite di diverse energie. Di conseguenza, le interazioni tra gli elettroni cambiano e portano a un diverso modello di danza, compresi alcuni che non sono mai stati visti prima negli esperimenti. L'intensità e la frequenza della luce alterano il numero di elettroni in orbite specifiche, fornendo un modo semplice per controllare le prestazioni degli elettroni. "Una tale interazione luce-materia si traduce in alcuni modelli che sono stati precedentemente studiati teoricamente, "dice Mohammad Hafezi, un JQI Fellow e un autore del documento. "Ma nessuno schema sperimentale è stato proposto per implementarli".

Sbloccare quelle danze teoriche potrebbe rivelare un nuovo comportamento quantistico. Alcuni potrebbero persino generare particelle quantistiche esotiche che potrebbero collaborare per rimanere protette dal rumore, un'idea allettante che potrebbe essere utile nella ricerca per costruire robusti computer quantistici.