Oscilación de modo de amplitud impulsada por pulsos de terahercios del orden de onda de densidad de carga en dicalcogenuro de metal de transición con una red de panal, 3R-TaSe2, que provoca la aparición de un estado oculto similar a un aislante. Crédito:Yoshikawa et al.
En años recientes, Los físicos y los ingenieros electrónicos han estado tratando de idear estrategias para controlar o producir estados cuánticos de la materia en diferentes materiales. En última instancia, estas estrategias podrían resultar valiosas para el desarrollo de nuevos dispositivos tecnológicos.
Investigadores de la Universidad de Tokio y UMR 7162 CNRS Universitè Paris introdujeron recientemente un nuevo enfoque para lograr el cambio ultrarrápido de materiales a un estado metaestable similar al aislante. Su estrategia introducido en un artículo publicado en Física de la naturaleza , se basa en la excitación directa del modo de amplitud de una onda de densidad de carga (es decir, amplitudon) mediante la aplicación de un intenso pulso de terahercios.
"Nuestro interés principal es controlar los estados cuánticos de la materia mediante la luz de una manera ultrarrápida evitando el efecto de calentamiento". Ryo Shimano, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "En materiales de electrones correlacionados, múltiples fases cuánticas, incluida la superconductividad, Las ondas de densidad y los órdenes magnéticos aparecen uno al lado del otro en su diagrama de fase. Estamos investigando el potencial de la luz como un botón de ajuste para estas fases cuánticas ".
En 2013, Shimano y sus colegas lograron observar una oscilación en el dominio del tiempo del parámetro de orden en un superconductor, conocido como el modo de Higgs, que es una contraparte superconductora del 'bosón de Higgs' en la física de partículas, descubierto en el CERN en 2012. En 2014, luego descubrieron que el modo de Higgs en los superconductores puede ser directamente excitado por la luz de terahercios (THz), a través del acoplamiento no lineal entre el modo de Higgs y el campo electromagnético. El estudio reciente de los investigadores se inspiró en esta observación del llamado modo Higgs en superconductores.
"La pregunta detrás de nuestro estudio fue:¿podemos esperar una transición de fase cuando manejamos el parámetro de orden en sí en una amplitud lo suficientemente grande?" Dijo Shimano. "La transición de fase a través de un control tan directo del parámetro de orden es conceptualmente nueva e intrigante".
Como parte de su estudio reciente, Shimano y sus colegas examinaron específicamente 3R-TaSe 2 , un material bidimensional (2D) en el que el orden de la onda de densidad de carga (CDW) y la superconductividad aparecen a bajas temperaturas. En sus experimentos, intentaron controlar el parámetro de orden del CDW directamente, sin inyectar el exceso de energía en el sistema excitando el llamado modo de amplitud (es decir, una oscilación de amplitud del orden CDW que está acoplada a un fonón), que existe en el rango de frecuencia THz.
"Adoptamos la técnica desarrollada recientemente de una intensa generación de pulsos de THz y una espectroscopia de THz resuelta en el tiempo, "Dijo Shimano." Primero, logramos impulsar el modo de amplitud CDW a través del proceso de excitación de dos fotones del pulso THz irradiado. Próximo, monitoreamos la dinámica ultrarrápida del estado electrónico con una resolución de tiempo de subpicosegundos utilizando un pulso de sonda THz que es sensible a la respuesta de los portadores de carga ".
Inesperadamente, Shimano y sus colegas descubrieron que se inducía una estructura de brecha en el espectro de conductividad óptica en el rango de frecuencia THz. Esta observación sugiere que el estado inicialmente metálico del material se convirtió parcialmente en un estado similar a un aislante aproximadamente 1 picosegundo después de su excitación.
"Generalmente, Irradiar luz sobre los materiales tiende a inducir la metalicidad ya que los electrones adquieren energía cinética y se vuelven más móviles. ", Dijo Shimano." El caso presente es opuesto a esta tendencia común:una parte de los electrones se congela con la excitación de THz. Dado que la amplitud es un modo acoplado de electrones y fonones, el pulso intenso de THz debería modular la configuración de la red mediante la activación de la amplitud ".
Según los hallazgos recopilados en sus experimentos, Shimano y sus colegas infirieron que una oscilación de gran amplitud del fonón da como resultado un desplazamiento promedio de la red del material, debido a la no linealidad de los fonones. Este proceso se asemeja al efecto de rectificación que tiene lugar en un circuito eléctrico.
La modulación ultrarrápida del 3R-TaSe 2 La configuración de celosía podría desempeñar un papel clave para habilitar el estado oculto similar a un aislamiento que este equipo de investigadores observó en el sistema CDW que examinaron. En el futuro, les gustaría precisar la naturaleza de este estado similar al aislante, para comprender mejor sus observaciones. Además, planean explorar más la interacción entre el orden CDW y la superconductividad, utilizando métodos experimentales similares.
"Más generalmente, Nuestro trabajo abre una nueva vía para la transición de fase inducida por la luz de una manera 'fría' al evitar la inyección de exceso de energía en el sistema de electrones, ", Dijo Shimano." Estamos planeando utilizar este nuevo tipo de perilla de ajuste para el control de las fases cuánticas, con el objetivo de revelar el paisaje inexplorado de los materiales cuánticos ".
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