Torsiunea indusă de lumină a nodurilor Weyl activează curentul electronilor gigant: util pentru spintronică și calcul cuantic

Schema de formare indusă de lumină a punctului Weyl într-un material Dirac al ZrTe5. Jigang Wang și colaboratorii relatează despre modul în care mișcarea reticulară răsucită coerent de impulsurile laser, adică un comutator fonic, poate controla simetria inversiunii cristalelor și poate genera un curent gigant cu disipare redusă, cu transport balistic excepțional protejat de topologia benzii Weyl induse. Credit: Departamentul Energiei din SUA, Laboratorul Ames

Oamenii de știință din Laboratorul Ames al Departamentului Energiei din SUA și colaboratorii de la Laboratorul Național Brookhaven și de la Universitatea Alabama din Birmingham au descoperit un nou comutator indus de lumină care răsucește rețeaua cristalină a materialului, aprinzând un curent gigantic de electroni care pare a fi aproape fără disipare. Descoperirea a fost făcută într-o categorie de materiale topologice care are o mare promisiune în spintronică, tranzistoare cu efect topologic și calcul cuantic.

Semimetalele Weyl și Dirac pot găzdui proprietăți exotice de conducere a electronilor, aproape fără disipare, care profită de starea unică a rețelei cristaline și de structura electronică a materialului care protejează electronii de a face acest lucru. Aceste canale de transport electronice anormale, protejate prin simetrie și topologie, nu apar în mod normal în metalele convenționale, cum ar fi cuprul. După decenii descrise doar în contextul fizicii teoretice, există un interes tot mai mare în fabricarea, explorarea, rafinarea și controlul proprietăților sale electronice protejate topologic pentru aplicațiile dispozitivelor. De exemplu, adoptarea pe scară largă a calculului cuantic necesită construirea de dispozitive în care stările cuantice fragile sunt protejate de impurități și medii zgomotoase. O abordare pentru realizarea acestui lucru este prin dezvoltarea calculului cuantic topologic, în care qubiturile se bazează pe curenți electrici disipați „protejați prin simetrie” care sunt imuni la zgomot.

„Torsiunea în rețea indusă de lumină sau un comutator fonic pot controla simetria de inversare a cristalelor și pot genera curent electric gigant cu foarte puțină rezistență”, a spus Jigang Wang, om de știință senior la Laboratorul Ames și profesor de fizică la Universitatea de Stat din Iowa. „Acest nou principiu de control nu necesită câmpuri electrice sau magnetice statice și are viteze mult mai mari și un cost energetic mai mic.”

„Această constatare ar putea fi extinsă la un nou principiu al calculului cuantic bazat pe fizica chirală și transportul de energie fără disipare, care poate avea viteze mult mai mari, un cost energetic mai mic și o temperatură de funcționare mai mare”. a spus Liang Luo, om de știință la Laboratorul Ames și primul autor al lucrării.

Wang, Luo și colegii au realizat acest lucru utilizând spectroscopia de lumină laser terahertz (un trilion de cicluri pe secundă) pentru a examina și împinge aceste materiale pentru a dezvălui mecanismele de comutare a simetriei proprietăților lor.

În acest experiment, echipa a modificat simetria structurii electronice a materialului, folosind impulsuri laser pentru a răsuci aranjamentul rețelei cristalului. Acest comutator de lumină permite „puncte Weyl” în material, determinând electronii să se comporte ca niște particule fără masă care pot transporta curentul de disipare scăzut, ecranat, căutat.

„Am realizat acest curent fără disipare uriașă propulsând mișcări periodice ale atomilor în jurul poziției lor de echilibru pentru a rupe simetria inversiunii cristalelor”, spune Ilias Perakis, profesor de fizică și catedră la Universitatea Alabama din Birmingham. „Acest principiu al transportului semimetalic și al controlului topologiei Weyl induse de lumină pare a fi universal și va fi foarte util pentru dezvoltarea viitoarei calcule cuantice și electronice cu viteză mare și consum redus de energie.”

„Ceea ce ne lipsea până acum este un comutator rapid, cu consum redus de energie, pentru a induce și controla simetria acestor materiale”, a declarat Qiang Li, liderul grupului de laborator național Brookhaven, Advanced Energy Materials Group. „Descoperirea unui comutator de simetrie a luminii deschide o oportunitate fascinantă de a transporta un flux de electroni fără disipare, o stare protejată topologic care nu slăbește sau încetinește atunci când întâmpină imperfecțiuni și impurități în material.”

Referință: „Un comutator de simetrie fononică indus de lumină și un fotocurent topologic fără disipare uriașă în ZrTe5”Per 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 și Jigang Wang, 18 ianuarie 2021, Materiale ale naturii.
DOI: 10.1038 / s41563-020-00882-4

În laboratorul Ames, s-au efectuat experimente cu fotocurent terahertz și spectroscopie laser și construcția modelului. Laboratorul Național Brookhaven a efectuat măsurători de dezvoltare a eșantioanelor și magnetotransport. Analiza datelor a fost efectuată de Universitatea Alabama din Birmingham. Calculele primelor principii și analize topologice au fost efectuate de Centrul pentru Avansarea Semimetalelor Topologice, un centru de cercetare de frontieră energetică finanțat de Oficiul Științei DOE.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Materialul nou poate proteja mai bine soldații, sportivii și șoferii de șoc, impact și explozii

Soldații, sportivii și șoferii pot face viața mai sigură datorită unui nou proces care ar putea duce la o protecție mai eficientă și reutilizabilă...

A fost găsit cel mai vechi loc de înmormântare uman din Africa – un copil a fost îngropat în urmă cu 78.000 de ani

Vedere generală a zonei peșterii Panga ya Saidi. Observați săparea șanțului unde a fost deschisă înmormântarea. Credit: Muhammad Javad Shoaee Descoperirea celui mai...

Se preconizează că speciile non-native vor crește cu 36% în întreaga lume până în 2050

Gâscă egipteană (Alopochen aegyptiaca) originară din Africa și stabilită acum în Europa Centrală și de Vest. Credit: profesorul Tim Blackburn, UCL Se preconizează că...

Visele noastre pot fi ciudate

Această ilustrație reflectă supra-ipoteza creierului, care susține că calitatea redusă și halucinantă a viselor nu este o greșeală, ci o trăsătură particulară, deoarece ajută...

Newsletter

Subscribe to stay updated.