I materiali topologici che possiedono determinate simmetrie a livello atomico, inclusi isolanti topologici e semimetalli topologici, hanno suscitato il fascino di molti scienziati della materia condensata a causa delle loro complesse proprietà elettroniche. Ora, ricercatori in Giappone hanno dimostrato che un normale semiconduttore può essere trasformato in un semimetallo topologico mediante irraggiamento luminoso. Inoltre, hanno mostrato come le risposte dipendenti dallo spin potrebbero apparire quando illuminate con luce laser polarizzata circolarmente. Pubblicato in Revisione fisica B , questo lavoro esplora la possibilità di creare semimetalli topologici e manifestare nuove proprietà fisiche mediante il controllo della luce, che possono aprire una ricca frontiera fisica per le proprietà topologiche.

La maggior parte delle sostanze comuni sono conduttori elettrici, come i metalli, o isolanti, come la plastica. Al contrario, gli isolanti topologici possono mostrare un comportamento insolito in cui le correnti elettriche scorrono lungo la superficie del campione, ma non all'interno. Questo comportamento caratteristico è fortemente connesso alle proprietà topologiche inerenti allo stato elettronico. Inoltre, una nuova fase chiamata semimetallo topologico fornisce un nuovo terreno di gioco per esplorare il ruolo della topologia nella materia condensata. Tuttavia, la fisica alla base di questi sistemi è ancora oggetto di riflessione.

I ricercatori dell'Università di Tsukuba hanno studiato la dinamica delle eccitazioni nell'arseniuro di zinco (Zn₃ Come₂ ) quando irradiato con un laser a polarizzazione circolare. L'arseniuro di zinco è normalmente considerato un semiconduttore a gap stretto, il che significa che gli elettroni non sono liberi di muoversi da soli, ma possono essere facilmente azionati dall'energia di una fonte di luce esterna. Nelle giuste condizioni, il materiale può mostrare uno stato topologico speciale chiamato "semimetallo Floquet-Weyl", che è un semimetallo topologico accoppiato con la luce. In questo caso, la corrente elettrica può essere trasportata sotto forma di quasiparticelle chiamate fermioni di Weyl. Poiché queste quasiparticelle viaggiano come se avessero massa zero e resistono alla dispersione, i fermioni di Weyl possono muoversi facilmente attraverso il materiale.

"I semimetalli Floquet-Weyl mostrano una manciata di proprietà rare che possono essere utilizzate nei dispositivi elettronici, tra cui l'elevata mobilità, la resistenza magnetica titanica e le correnti spin-polarizzate", afferma l'autore, il professor Ken-ichi Hino. Nel presente lavoro, i ricercatori hanno mostrato che quando un laser a onda continua polarizzato circolarmente per mancini viene sintonizzato con una frequenza che quasi corrisponde al gap di energia nel materiale, gli elettroni di spin-down e quelli di spin-up formano fasi diverse, un Weyl semi-metallo e un isolante a fessura stretta. Quest'ultimo è in prossimità di un altro semimetallo topologico chiamato semimetallo a linea nodale.

"La nostra esplorazione della dinamica transitoria delle eccitazioni nell'arseniuro di zinco può approfondire la comprensione della fisica sottostante di questi materiali", afferma l'autore senior Runnan Zhang. Questa ricerca di base può anche aiutare ad accelerare lo sviluppo di tecniche per la magnetizzazione superficiale indotta dalla luce di materiali non magnetici. + Esplora ulteriormente

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