Los científicos capturan la primera vista de una fase cuántica oculta en un cristal bidimensional

Esta ilustración representa el colapso inducido por la luz de la disposición de nanocargas en un cristal 2D de disulfuro de tantalio (formas de estrellas) y la generación de un estado metálico inestable (esferas). Crédito: Frank Yi Zhao

El desarrollo de la fotografía de ultra alta velocidad de alta velocidad en la década de 1960 por parte del difunto profesor Harold “Doc” Edgerton en el MIT nos permitió visualizar eventos demasiado rápidos para el ojo: una bala que atraviesa una manzana o una gota que golpea un charco de agua. Leche.

Ahora, utilizando un conjunto de herramientas de espectroscopia avanzada, los científicos del MIT y la Universidad de Texas en Austin, por primera vez, han podido capturar instantáneas de una fase inestable causada por la luz y oculta del reino de equilibrio. Utilizando técnicas de espectroscopia de disparo único en un cristal bidimensional con modificaciones a nanoescala de la densidad electrónica, pudieron mostrar esta transición en tiempo real.

“A través de este trabajo, demostramos el nacimiento y la evolución de una fase cuántica sutil provocada por un pulso láser ultracorto en un cristal modificado electrónicamente”, dice Frank Gau Ph.D. ’22, coautor de un artículo sobre el trabajo y actualmente investigador postdoctoral en UT Austin.

“Por lo general, usar un láser brillante en los materiales es lo mismo que calentarlos, pero no en este caso”, agrega Zhuquan Zhang, coautor principal y actual estudiante graduado en química en el MIT. “Aquí, la irradiación del cristal reorganiza el sistema electrónico, creando una fase completamente nueva que es diferente de la fase de alta temperatura”.

Un artículo sobre esta investigación fue publicado hoy en progreso de la ciencia. El proyecto fue coordinado conjuntamente por Keith A. Nelson, profesor de química Haslam y Dewey en el MIT, y Edoardo Baldini, profesor asistente de física en UT-Austin.

espectáculos de láser

“Comprender el origen de tales fases cuánticas inestables es importante para abordar preguntas fundamentales y de larga data en la termodinámica de no equilibrio”, dice Nelson.

“La clave de este resultado fue el desarrollo de un método láser moderno que puede ‘hacer películas’ de procesos irreversibles en materiales cuánticos con una resolución de tiempo de 100 femtosegundos”. agrega Baldini.

El material, disulfuro de tantalio, consta de capas unidas covalentemente de átomos de tantalio y azufre apilados uno encima del otro. Por debajo de una temperatura crítica, el patrón de átomos y electrones del material se forma en nanoestructuras de “Estrella de David”, una distribución poco ortodoxa de electrones conocida como “onda de densidad de carga”.

La formación de esta nueva fase convierte al material en un aislante, pero un solo pulso de luz intensa que brilla empuja el material hacia un metal inestable oculto. “Es un estado cuántico transitorio congelado en el tiempo”, dice Baldini. “La gente ha observado esta fase sutil inducida por la luz antes, pero aún se desconocen los procesos cuánticos ultrarrápidos detrás de su origen”.

Nelson agrega: “Uno de los principales desafíos es que observar una transformación ultrarrápida de un solo sistema electrónico a uno que puede persistir indefinidamente no es práctico con las tecnologías tradicionales que se resuelven con el tiempo”.

pulsos de perspicacia

Los investigadores desarrollaron un método único que consistía en dividir un solo pulso de láser de sonda en varios cientos de pulsos de sonda distintos que llegaban a la muestra en diferentes momentos antes y después del cambio a través de un pulso de excitación ultrarrápido separado. Al medir los cambios en cada uno de estos pulsos de sonda después de reflejarse o transmitirse a través de la muestra y luego unir los resultados de la medición como cuadros individuales, pueden crear una película que proporciona información microscópica sobre los mecanismos a través de los cuales ocurren las transiciones.

Al capturar la dinámica de este cambio de fase complejo en una medición única, los autores muestran que la fusión y el reordenamiento de la onda de densidad de carga conducen a la formación del estado oculto. Los cálculos teóricos de Zhiyuan Sun, investigador postdoctoral en el Instituto Cuántico de la Universidad de Harvard, confirmaron esta interpretación.

Si bien este estudio se realizó con un material específico, los investigadores dicen que ahora se puede usar la misma metodología para estudiar otros fenómenos exóticos en materiales cuánticos. Este descubrimiento también puede ayudar al desarrollo de dispositivos optoelectrónicos con fotorrespuestas bajo demanda.


Los físicos utilizan pulsos de láser infrarrojos extremos para detectar ondas de electrones congeladas en magnetita


más información:
Frank Y Jao et al., Instantáneas de una fase inducida por luz oculta impulsada por el colapso del orden de carga, progreso de la ciencia (2022). DOI: 10.1126 / sciadv.abp9076

Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts

Esta historia se vuelve a publicar con permiso de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre investigación, innovación y educación del MIT.

La frase: Los científicos capturan la primera vista de una fase cuántica oculta en un cristal 2D (25 de julio de 2022) Obtenido el 25 de julio de 2022 de https://phys.org/news/2022-07-scientists-capture-first-ever- ver -hidden.html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Sin perjuicio de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.

Leave a Reply

Your email address will not be published.