Descubrir formas de controlar los aspectos topológicos de los materiales cuánticos es una frontera de investigación importante porque puede conducir a propiedades deseables de transporte eléctrico y de espín para futuras tecnologías de dispositivos. Ahora, los científicos de MPSD han descubierto un enfoque pionero impulsado por láser para generar un estado topológico en el grafeno. Su trabajo acaba de ser publicado en Física de la naturaleza .

En materiales topológicos, los electrones experimentan un mundo retorcido. En lugar de simplemente avanzar en línea recta al sentir una fuerza, pueden ser empujados hacia los lados. En tal material, la corriente fluye realmente ortogonalmente a un voltaje aplicado.

El modelo básico que describe el efecto fue desarrollado por Duncan Haldane a fines de la década de 1980, pero incluso su inventor se mostró escéptico de que alguna vez pudiera implementarse en un material real. Sin embargo, La elaborada síntesis química eventualmente permitió que se observaran efectos muy similares, provocando una revolución tecnológica y, finalmente, haciéndole ganar a Haldane el Premio Nobel de Física 2016.

El transporte topológico generalmente se induce en los materiales mediante la aplicación de fuertes campos magnéticos o mediante la elaboración de compuestos con un fuerte acoplamiento espín-órbita. Los investigadores del grupo de Andrea Cavalleri en el MPSD han demostrado ahora que una interacción coherente con la luz polarizada circularmente también puede inducir corrientes eléctricas topológicas en el material grafeno.

El enfoque radicalmente diferente del equipo consiste en iluminar el grafeno con un fuerte pulso láser polarizado circularmente, cuyo campo eléctrico impulsa a los electrones en bucles. Cuando el material está iluminado, de repente se comporta como un material topológico. Vuelve a su estado normal una vez que el pulso desaparece.

Si bien este mecanismo se había probado en simulaciones, No estaba del todo claro si funcionaría en el contexto más complicado de los sólidos reales y si sería posible detectarlo.

Para probar su descubrimiento, los físicos tenían que mostrar corrientes que fluían en una dirección ortogonal a un voltaje aplicado. Sin embargo, hubo un desafío importante:"Como el efecto persiste solo durante una millonésima de millonésima de segundo, tuvimos que desarrollar un nuevo tipo de circuito electrónico para medir esto, "dice el autor principal James McIver.

El resultado fue una arquitectura de dispositivo optoelectrónico ultrarrápida basada en interruptores fotoconductores. Confirmó la existencia del efecto. Avanzando los investigadores planean usar este circuito para estudiar una variedad de problemas convincentes en materiales cuánticos, como la superconductividad inducida por la luz y los estados de borde topológicos revestidos de fotones.

"Este trabajo muestra que la luz es capaz de diseñar propiedades topológicas en materiales topológicamente triviales, ", dice el coautor Gregor Jotzu." La apariencia ultrarrápida de este efecto tiene un gran potencial para la construcción de sensores o computadoras extremadamente rápidos ".