Некоторые материалы обладают скрытыми желаемыми свойствами, и, как свет фонарика в темноте, ученые могут использовать свет, чтобы выявить эти свойства. Исследователи разработали передовую оптическую технику, которая использует свет для выявления скрытых свойств квантового материала Ta2NiSe5 (TNS). Используя терагерцовую спектроскопию во временной области, команда наблюдала необычное усиление терагерцового света, что указывает на присутствие экситонных конденсатов. Это открытие открывает новые возможности использования квантовых материалов для создания запутанных источников света и других приложений в квантовой физике.
Исследователи Калифорнийского университета в Сан-Диего использовали передовую оптическую технику, чтобы больше узнать о квантовом материале под названием Ta2NiSe5 (TNS). Результаты их исследования были опубликованы в журнале Nature Materials.
Материалы могут подвергаться воздействию различных внешних раздражителей, обычно изменений температуры или давления; однако, поскольку свет — самая быстрая вещь во Вселенной, материалы очень быстро реагируют на световые стимулы, раскрывая скрытые в противном случае свойства.
Передовые оптические технологии в квантовых материалах
«По сути, мы освещаем материал лазером, что похоже на покадровую фотографию, и можем шаг за шагом отслеживать определенные свойства материала», — сказал Ричард Авитт, профессор физики, который руководил исследованием и был одним из авторов статьи. «Наблюдая за тем, как составляющие частицы движутся через эту систему, мы можем определить эти свойства, которые иначе было бы трудно обнаружить».
Эксперимент провел первый автор шейх Рубайат Уль Хак, который окончил Калифорнийский университет в Сан-Диего в 2023 году и сейчас является научным сотрудником Стэнфордского университета. Вместе с Юань Чжаном, еще одним аспирантом лаборатории Эверетта, он усовершенствовал метод, называемый терагерцовой спектроскопией во временной области. Этот метод позволяет ученым измерять свойства материалов в определенном диапазоне частот, а усовершенствования Хаака позволяют им получить доступ к более широкому диапазону частот.
Квантовые состояния и усиление света
Работа основана на теории, выдвинутой другим автором статьи, Юджином Демлером, профессором ETH Zurich. Демлер и его аспирант Мариос Майкл предложили идею, что когда определенные квантовые материалы возбуждаются светом, они могут стать средой, усиливающей свет на терагерцовых частотах. Это побудило Хаака и его коллег более внимательно изучить оптические свойства TNS.
Когда фотон переводит электрон на более высокий уровень, после него остается дырка. Если электроны и дырки объединяются, образуются экситоны. Экситоны также могут образовывать конденсаты — состояние, которое возникает, когда частицы собираются вместе и ведут себя как единое целое.
При поддержке теории Демлера и использовании расчетов функционала плотности, проведенных группой Анхеля Рубио в Институте структуры и динамики материи Макса Планка, исследовательская группа смогла наблюдать явление аномального усиления терагерцового света, тем самым раскрывая некоторые скрытые свойства конденсированного состояния экситонов TNS.
Конденсаты — это четко определенные квантовые состояния, и некоторые из их квантовых свойств можно запечатлеть в свете с помощью этого спектроскопического метода. Это может иметь значение для развивающейся области запутанных источников света (множественных источников света с взаимосвязанными свойствами), в которых используются квантовые материалы.
«Я думаю, что это обширная область», — сказал Хаак. «Теория Демлера может быть применена к ряду других материалов с нелинейными оптическими свойствами. С помощью этой технологии мы можем открыть новые явления, индуцированные светом, которые никогда раньше не исследовались».
Источник составления: ScitechDaily.