Schema dell'eccitazione ottica quasi risonante seguita dall'OSE. (Sinistra) L'allocazione energetica originale della banda p (linea continua rossa) e della banda s (linea continua blu) con gap energetico EgEg. (Centro) Con l'applicazione di cw-laser con frequenza e campo elettrico costante FxFx, l'OSE provoca una quasi-energia-splitting dell'ordine della frequenza Rabi ΩRΩR tra una coppia di bande photodressed, s(n−1)s(n−1) e p(n), con n=0, 1n=0, 1. (A destra) Con l'ulteriore aumento di FxFx, una coppia di bande di p(1) e s(−1)s(−1) subisce inversione con anticrossing. L'incrocio di banda avviene a un certo FxFx, come mostrato da una linea tratteggiata. Credito: Rapporti scientifici (2021). DOI:10.1038/s41598-021-82230-3
Gli scienziati dell'Università di Tsukuba hanno dimostrato la possibilità che gli elettroni si muovano come se fossero privi di massa quando determinati materiali chiamati "isolanti topologici" vengono irradiati con raggi laser. Questo lavoro potrebbe portare a una nuova classe di dispositivi elettronici altamente efficienti e cristalli fotonici.
I dispositivi elettronici convenzionali si basano principalmente su cristalli di silicio. Dal punto di vista degli elettroni che compongono i segnali elettrici che attraversano questi materiali, i sistemi sono così grandi da essere praticamente infiniti. Ciò fa sì che la maggior parte delle strutture elettroniche assomigli alle soluzioni matematiche di un reticolo ripetitivo infinito "alla rinfusa". Però, recenti progressi nella fisica dello stato solido hanno indicato la possibilità di "isolatori topologici, " che sono materiali che di solito sono isolanti elettrici, ma hanno stati che esistono ai margini del materiale. Questi stati superficiali creati dalla brusca transizione dal materiale allo spazio vuoto hanno proprietà speciali, come la protezione dall'essere disturbati dal disordine, come può succedere con altri stati elettronici. In certi casi, gli elettroni possono muoversi così liberamente da agire come se non avessero massa. Per quanto intriganti siano gli stati topologici, non si sa ancora molto su come generarli e come si comportano.
Ora, un gruppo di ricerca dell'Università di Tsukuba ha utilizzato calcoli teorici per prevedere gli stati elettronici che possono formarsi quando un laser eccita un isolante topologico. Questo può aiutare a colmare le lacune nella nostra conoscenza di questi materiali, perché i dati empirici sono difficili da ottenere. I ricercatori sono stati in grado di dimostrare che Dirac afferma, in cui gli elettroni iniziano ad apparire privi di massa, può essere generato in questo modo. "Gli esperimenti sugli stati topologici di non equilibrio rimangono scarsi, anche se hanno il potenziale per fornire una nuova piattaforma per creare stati di Dirac inaspettati senza massa, ", afferma l'autore senior Ken-ichi Hino. Il team è stato in grado di spiegare le loro scoperte come risultanti dalla creazione di quattro degenerazioni accidentali nei punti ad alta simmetria. "Speriamo che il nostro lavoro accelererà il processo di indagine sugli isolanti topologici, " dice il professor Hino. I risultati di questo progetto possono aiutare a spianare la strada a nuovi sistemi informatici che sprecano meno energia sulla base di questi materiali.
