Gli scienziati dell'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno scoperto che l'applicazione del movimento vibrazionale in modo periodico può essere la chiave per prevenire la dissipazione degli stati di elettroni desiderati che renderebbero possibile l'informatica quantistica avanzata e la spintronica.

Alcuni materiali topologici sono isolanti nella loro forma sfusa, ma possiedono un comportamento di conduzione degli elettroni sulle loro superfici. Mentre le differenze nel comportamento di questi elettroni di superficie sono ciò che rende questi materiali così promettenti per le applicazioni tecnologiche, presenta anche una sfida:le interazioni incontrollate tra gli elettroni di superficie e gli stati del materiale sfuso possono causare la dispersione degli elettroni, che porta alla cosiddetta "scomposizione topologica". Non sono protetti da alcuna simmetria "spontanea".

"Gli isolanti topologici che possono sostenere una corrente persistente bloccata con spin sulle loro superfici che non decade sono chiamati 'protetti dalla simmetria, ' e quello stato è convincente per molteplici concetti di dispositivi rivoluzionari nel calcolo quantistico e nella spintronica, " ha detto Jigang Wang, Fisico del laboratorio di Ames e professore della Iowa State University. "Ma la rottura topologica dovuta all'accoppiamento superficie-bulk è un problema scientifico e ingegneristico di vecchia data".

Wang e i suoi colleghi ricercatori hanno adottato un approccio paradossale, chiamata stabilizzazione dinamica, applicando un campo elettrico terahertz per guidare le vibrazioni atomiche periodiche, cioè., coerenza vibrazionale, nel modello isolante topologico bismuto-selenio Bi ₂ Vedi ₃ . Queste "fluttuazioni" extra hanno effettivamente migliorato gli stati topologici protetti, rendendo le eccitazioni elettroniche più longeve.

Un'analogia di tale stabilizzazione dinamica è il pendolo Kapitza periodicamente guidato, conosciuto dal premio Nobel Peter Kapitza, dove un capovolto, ancora stabile, l'orientamento si ottiene imponendo una vibrazione a frequenza sufficientemente elevata del suo punto di articolazione. In modo simile, un'ulteriore stabilizzazione dinamica può essere ottenuta guidando i moti periodici quantistici del reticolo.

"Dimostriamo la stabilizzazione dinamica in materia topologica come una nuova manopola di sintonia universale, che può essere utilizzato per rafforzare il trasporto quantistico protetto, " ha detto Wang, chi ritiene che la scoperta abbia conseguenze di vasta portata per l'uso di questi materiali in molte discipline scientifiche e tecnologiche, come informazioni quantistiche e applicazioni di comunicazione tolleranti ai disordini e spin-based, elettronica quantistica delle onde luminose.

La ricerca è ulteriormente discussa in un documento, "Controllo della luce dell'accoppiamento superficie-massa mediante coerenza vibrazionale Terahertz in un isolante topologico, " scritto da X. Yang, L. Luo., C. Vaswani, X. Zhao, D. Cheng, Z. Liu, R.H.J. Kim, X. Liu, M. Dobrowolska, J.K. Furdyna, I. E. Perakis, C-Z Wang, K-M Ho e J. Wang; e pubblicato in npj Materiali quantistici .