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

Vědci navrhují vzorky tekutých krystalů s vlastním pohonem

Nový výzkum ukazuje, že pohyb tekutých krystalů lze použít k nasměrování vývoje autonomních materiálů, které dokáží snímat vstupy, zesilovat signály a dokonce vypočítávat informace....

Činnosti v rizikových kruzích mozku mohou předpovídat změny cen akcií

Podle Společnost pro neurovědy 8. března 2021 Celý mozek potvrzuje, že aktivita v predikovaných oblastech předpovídá směr a skloňování ceny akcií. Nahoře, směr ceny akcií:...

Nenásytná poptávka po konopí vytváří obrovskou uhlíkovou stopu

Emise skleníkových plynů z životního cyklu pěstování konopí modelované v USA po celém světě Uznání: Hailey Summers / Colorado State University Vědci z Colorado State...

Hubble objevil nádhernou hvězdnou školku

po Evropská kosmická agentura / Hubble 8. března 2021 AFGL 5180, školka krásných hvězd v souhvězdí Blíženců (Gemini), byla zachycena Hubbleovým kosmickým dalekohledem. Poděkování: ESA /...

Biologové a matematici z MIT odhalují, jak se vajíčka tak zvětšují

Zasunuté ošetřovatelské buňky ovocných mušek vytlačují jejich obsah do velké vaječné buňky. Uznání: Jasmine Imran Elsus Růst vajec závisí na fyzikálních jevech, které brání...

Newsletter

Subscribe to stay updated.