Ученые из Университета Фрибура получили первые прямые доказательства существования топологического состояния Флоке. Лазерный луч помог им временно изменить электронную структуру обычного полупроводника. Статья опубликована в журнале Nature Physics.
Топологические изоляторы — это уникальные материалы, которые не пропускают электрический ток внутри себя, но отлично проводят его по поверхности. Это свойство крайне трудно нарушить, что делает такие изоляторы идеальными для создания квантовых компьютеров. Физики давно мечтали научиться искусственно наделять обычные материалы такими свойствами с помощью света.
Этот процесс называется инженерией Флоке. Суть в том, что интенсивное лазерное излучение заставляет электроны в материале создавать свои временные энергетические копии. Для эксперимента был выбран теллурид олова — материал, который при сильном охлаждении становится обычным диэлектриком.
Поймать мгновение
Чтобы зафиксировать изменения, исследователи использовали метод сверхбыстрой спектроскопии. Они охлаждали кристалл почти до абсолютного нуля, после чего облучали его короткими импульсами лазера.
В момент вспышки приборы зафиксировали в электронной структуре материала характерный признак — так называемый конус Дирака, который свойственен только топологическим изоляторам. Это состояние длилось всего около 100 фемтосекунд, после чего кристалл возвращался в норму. Ученые также доказали, что сами атомы в решетке за это время не сдвинулись с места, а значит, изменение произошло исключительно на квантовом уровне.
Теперь перед физиками стоит новая задача — найти способы поддерживать это необычное состояние вещества дольше одной доли секунды. В перспективе это открытие поможет создавать сверхбыстрые и энергоэффективные электронные устройства.
Ранее физики предсказали существование семи новых экзотических состояний материи.