La curvatura de la baya puede no ser el concepto científico más conocido, pero para muchos físicos, su medida directa es algo parecido a un santo grial.

Un poderoso principio unificador en varias ramas de la física clásica y cuántica, La curvatura de la baya es una propiedad mecánica cuántica extraña y esquiva de los sólidos. Gobierna la dinámica del movimiento de las cargas en los semiconductores, pero no puede medirse directamente.

Si pudiera ser el cálculo resultante podría conducir a nuevos materiales para la computación cuántica.

Ahora, Los físicos de UC Santa Barbara han abierto la puerta a la primera medición directa de la curvatura de Berry en materia sólida. Su trabajo, publicado en la revista Revisión física X , se basa en un artículo anterior de UCSB en el que describen experimentos que resultan en una recolisión de huecos de electrones lograda al apuntar rayos láser de alta y baja frecuencia a un semiconductor hecho de arseniuro de galio.

Para el nuevo periódico científicos del Grupo Sherwin de UCSB colaboraron con colegas en China, en la Universidad de Princeton y en el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. para mejorar el experimento anterior. Descubrieron un nuevo fenómeno sorprendente utilizando el mismo semiconductor sometido a campos láser extremadamente fuertes que oscilan casi 1 billón de veces por segundo (1 terahercio). Llamado birrefringencia dinámica, este fenómeno se puede utilizar para investigar la curvatura de Berry.

"Cuando hicimos el experimento originalmente, solo pudimos detectar una banda lateral a la vez y las muestras eran muy frágiles y más difíciles de trabajar, "explicó el autor correspondiente Mark Sherwin, director del Instituto de Ciencia y Tecnología de Terahercios de UCSB y profesor en el Departamento de Física.

Hunter Banks, autor principal del nuevo artículo, instaló una cámara que permitió al equipo ver todas las bandas laterales simultáneamente, lo que disminuyó la duración del experimento y aumentó su sensibilidad. También mejoró la forma en que se montaron las muestras y aumentó la fuerza del campo eléctrico de terahercios que se podía aplicar.

Estas mejoras revelaron bandas laterales separadas hasta 90 veces la energía fotónica del terahercio, más de tres veces la cantidad del experimento original. Sherwin señaló que una mayor cantidad de bandas laterales permitió al equipo aprender más sobre el semiconductor. "Hasta donde sabemos, esta gran cantidad de bandas laterales es el proceso óptico no lineal de mayor orden en sólidos, " él dijo.

Generado por un láser único ubicado en un edificio dedicado en UCSB, estos experimentos impulsan capas delgadas de semiconductores mientras están iluminados por una débil luz infrarroja. La luz infrarroja se polariza de dos formas:paralela o perpendicular al campo de terahercios.

"La luz infrarroja transmitida a través del semiconductor exhibe un espectro similar a un arco iris que contiene docenas de frecuencias, o bandas laterales, "Sherwin explicó." Inesperadamente, las bandas laterales suelen ser más fuertes cuando el haz de infrarrojos está polarizado perpendicularmente al campo de terahercios. De alguna manera, el terahercio está definiendo un eje que actúa como polarizador. A este fenómeno lo llamamos birrefringencia dinámica, y surge como consecuencia directa de la curvatura de Berry ".

También crea posibilidades para aplicaciones en nuevas clases de dispositivos electrónicos y ópticos.

"Estamos planeando convertir la birrefringencia dinámica en una medida directa de la curvatura de Berry, "Sherwin explicó." Una vez que se puede medir algo que es una propiedad básica de un sólido, luego, cuando diseña nuevos materiales, puede optimizar la curvatura Berry para un dispositivo en particular ".

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