Světlem indukované kroucení Weylových uzlů přepíná na obrovské elektronové proudy – užitečné pro spintroniku a kvantové počítače

Schéma světelně indukované tvorby Weylových bodů v materiálu Dirac ze ZrTe5. Jigang Wang a spolupracovníci uvádějí, jak koherentně zkroucené mřížkové pohyby pomocí laserových pulsů, tj. Fononický spínač, mohou řídit symetrii krystalické inverze a fotogenizovat obrovský nízký rozptylový proud s výjimečným balistickým transportem chráněným indukovanou topologií Weylova pásma. Fotografický kredit: americké ministerstvo energetiky, laboratoř Ames

Vědci z Amesovy laboratoře amerického ministerstva energetiky a zaměstnanci Brookhavenské národní laboratoře a univerzity v Alabamě v Birminghamu objevili nový spínač indukovaný světlem, který zkroutí krystalovou mřížku materiálu a zapne obrovský proud elektronů, který se objeví být téměř nedisipativní. Objev byl učiněn v kategorii topologických materiálů ukazujících příslib pro spintroniku, tranzistory s topologickým efektem atd Kvantové výpočty.

Weyl a Dirac semimetals mohou mít exotické vlastnosti vodivosti elektronů téměř bez rozptylu, které využívají jedinečného stavu krystalové mřížky a elektronové struktury materiálu, který chrání elektrony před ní. Tyto anomální přenosové kanály elektronů, chráněné symetrií a topologií, se běžně nevyskytují v běžných kovech, jako je měď. Po desetiletích popisu pouze v kontextu teoretické fyziky roste zájem o výrobu, výzkum, zdokonalování a řízení jejich topologicky chráněných elektronických vlastností pro aplikace zařízení. Například široké přijetí kvantových počítačů vyžaduje konstrukci zařízení, ve kterých jsou křehké kvantové stavy chráněny před kontaminací a hlučným prostředím. Jedním z přístupů k dosažení tohoto cíle je vyvinout topologický kvantový výpočet, ve kterém jsou qubity založeny na „symetricky chráněných“ nerozptýlených elektrických proudech, které jsou imunní vůči šumu.

„Světlem indukované zkroucení mřížky nebo fononický spínač mohou řídit symetrii krystalické inverze a fotogenizovat obrovské elektrické proudy s velmi malým odporem,“ řekl Jigang Wang, vedoucí vědecký pracovník Ames Laboratory a profesor fyziky na Iowa State University. „Tento nový princip ovládání nevyžaduje statická elektrická ani magnetická pole a má mnohem vyšší rychlosti a nižší náklady na energii.“

„Toto zjištění by mohlo být rozšířeno na nový princip kvantového výpočtu, který je založen na chirální fyzice a nedisipativním přenosu energie a umožňuje mnohem vyšší rychlosti, nižší náklady na energii a vysoké provozní teploty.“ řekl Liang Luo, vědec z Amesovy laboratoře a první autor článku.

Wang, Luo a jejich kolegové to udělali zkoumáním a štucháním těchto materiálů pomocí terahertzové laserové spektroskopie (jeden bilion cyklů za sekundu), aby odhalili mechanismy přepínání symetrie jejich vlastností.

V tomto experimentu tým použil laserové pulsy ke změně symetrie elektronické struktury materiálu, aby zkroutil mřížkové uspořádání krystalu. Tento spínač světla aktivuje „Weylovy body“ v materiálu, což znamená, že elektrony se chovají jako nehmotné částice, které mohou přenášet požadovaný chráněný proud s nízkou ztrátou energie.

„Dosáhli jsme tohoto obrovského nedisipativního proudu tím, že jsme donutili periodické pohyby atomů kolem jejich rovnovážné polohy k rozbití symetrie inverze krystalů,“ říká Ilias Perakis, profesor fyziky a profesor na univerzitě v Alabamě v Birminghamu. „Tento světelně indukovaný princip přenosu polokovů Weyl a řízení topologie se jeví jako univerzální a bude velmi užitečný při vývoji budoucích kvantových počítačů a elektroniky s vysokou rychlostí a nízkou spotřebou energie.“

„To, co nám doposud chybělo, je energeticky efektivní a rychlý přepínač k vyvolání a řízení symetrie těchto materiálů,“ řekl Qiang Li, vedoucí skupiny Advanced Energy Materials Group v Brookhaven National Laboratory. „Náš objev spínače symetrie světla otevírá fascinující příležitost transportovat nedisipativní proud elektronů, topologicky chráněný stav, který neoslabuje ani nezpomaluje, když narazí na nedokonalosti a nečistoty v materiálu.“

Odkaz: „Přepínač fononické symetrie indukovaný světlem a obrovský topologický fotovoltaický proud bez rozptylu v ZrTe5Autori: Liang Luo, Di Cheng, Boqun Song, Lin-Lin Wang, Chirag Vaswani, PM Lozano, G. Gu, Chuankun Huang, Richard HJ Kim, Zhaoyu Liu, Joong-Mok Park, Yongxin Yao, Kaiming Ho, Ilias E. Perakis , Qiang Li a Jigang Wang, 18. ledna 2021, Přírodní materiály.
DOI: 10.1038 / s41563-020-00882-4

V Amesově laboratoři byly provedeny terahertzové experimenty s fotoproudem a laserovou spektroskopií, jakož i tvorba modelů. Vývoj vzorků a měření magnetotransportu provedla Brookhaven National Laboratory. Analýza dat byla provedena na University of Alabama v Birminghamu. Výpočty a topologické analýzy založené na prvním principu provedlo Centrum pro rozvoj topologických semimetrů, Centrum pro hraniční energetický výzkum financované Úřadem pro vědu DOE.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Lipidy na membráně mozkových buněk jsou kvůli léčbě Alzheimerovy choroby většinou přehlíženy

Byly vytvořeny vazby mezi lipidovou nerovnováhou a onemocněním, kdy změny lipidů zvyšují tvorbu amyloidových plaků, což je rys Alzheimerovy choroby. Tato nerovnováha inspirovala...

Astrofyzici jsou překvapeni neočekávanými účinky černých děr mimo jejich vlastní galaxie

Umělecká kompozice supermasivní černé díry, která reguluje vývoj jejího prostředí. Autor obrázku: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) a Dylan Nelson (Illustris-TNG) Ve středu téměř každé...

Největší australský dinosaurus – jižní titán – právě vstoupil do knih rekordů!

Australotitan cooperensis, „Southern Titan of the Cooper“. Fotografický kredit: Vlad Konstantinov, Scott Hocknull © Eromanga Natural History Museum Co je to basketbalové hřiště tak...

„Paralelní reaktory“ na bázi fotonických krystalových vláken odhalují kolektivní analogie hmotných a solitárních molekul

A. Schéma paralelních optických solitonových reaktorů založené na dutině prstencového vláknového laseru s režimem blokování. Časová optomechanická (OM) mříž umožněná fotonickými krystalovými...

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Newsletter

Subscribe to stay updated.