Исследователи из Окинавского института науки и технологий и Стэнфордского университета впервые доказали, что для изменения свойств материи можно использовать не только мощные лазеры, но и экситоны. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Physics.
Представьте, что вы можете посветить фонариком на кусок кремния и мгновенно превратить его в сверхпроводник. Звучит как магия, но методика, позволяющая сделать это, действительно существует — она называется Флоке-инженерия (Floquet engineering). Долгое время эта технология упиралась в жесткие ограничения, но международная группа ученых нашла изящное решение.
Суть Флоке-инженерии заключается в воздействии на материал периодической внешней силой, которая заставляет электроны вести себя иначе. Обычно для этого используют свет. Но есть проблема: свет слабо взаимодействует с материей. Чтобы получить заметный эффект, приходится использовать лазеры колоссальной мощности. Такие высокие энергии часто просто испаряют образец, а сам эффект длится ничтожные доли секунды. Это делало технологию непригодной для реальных устройств.
Экситоны вместо фотонов
Ученые предложили альтернативу. Экситон — это квазичастица, состоящая из электрона и «дырки» (места, откуда улетел другой электрон). Поскольку экситоны рождаются внутри самого материала, они взаимодействуют с ним гораздо сильнее, чем внешние фотоны.
В эксперименте команда использовала двумерный полупроводник. Сначала они ударили по нему лазером, чтобы создать «суп» из экситонов, а затем, спустя мгновение, измерили состояние электронов.
Результат превзошел ожидания. Экситоны создали так называемые «реплики Флоке» и изменили структуру энергетических зон материала. Причем для этого потребовалась интенсивность воздействия на порядок ниже, чем при использовании чистого света.
Более того, экситоны — это только начало. Теоретически тот же трюк можно проделать с другими квазичастицами: фононами (звуком), магнонами (магнитными волнами) или плазмонами (плазменные колебания). Это дает инженерам целый набор инструментов для создания квантовых материалов «по требованию», которые лягут в основу компьютеров и сенсоров следующего столетия.
Ранее Наука Mail рассказывала, что физики создали крупнейший квантовый объект в истории.
