Oscilação de modo de amplitude impulsionada por pulso Terahertz da ordem de onda de densidade de carga em dichalcogeneto de metal de transição com uma estrutura em favo de mel, 3R-TaSe2, que causa o surgimento de um estado de isolamento oculto. Crédito:Yoshikawa et al.
Nos últimos anos, físicos e engenheiros eletrônicos têm tentado criar estratégias para controlar ou produzir estados quânticos da matéria em diferentes materiais. Essas estratégias podem, em última análise, ser valiosas para o desenvolvimento de novos dispositivos tecnológicos.
Pesquisadores da Universidade de Tóquio e UMR 7162 CNRS Universitè Paris introduziram recentemente uma nova abordagem para obter a troca ultrarrápida de materiais para um estado metaestável semelhante ao isolamento. A estratégia deles, introduzido em um artigo publicado em Física da Natureza , é baseado na excitação direta do modo de amplitude de uma onda de densidade de carga (isto é, amplitudon) por meio da aplicação de um pulso de terahertz intenso.
"Nosso principal interesse é controlar os estados quânticos da matéria pela luz de uma maneira ultrarrápida, evitando o efeito de aquecimento." Ryo Shimano, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Em materiais de elétrons correlacionados, múltiplas fases quânticas, incluindo supercondutividade, ondas de densidade e ordens magnéticas aparecem lado a lado em seu diagrama de fase. Estamos investigando o potencial da luz como um botão de ajuste para essas fases quânticas. "
Em 2013, Shimano e seus colegas conseguiram observar uma oscilação no domínio do tempo do parâmetro de ordem em um supercondutor, referido como o modo Higgs, que é uma contraparte supercondutora do 'bóson de Higgs' na física de partículas, descoberto no CERN em 2012. Em 2014, eles então descobriram que o modo de Higgs em supercondutores pode ser excitado diretamente pela luz terahertz (THz), através do acoplamento não linear entre o modo de Higgs e o campo eletromagnético. O estudo recente dos pesquisadores foi inspirado por esta observação do chamado modo de Higgs em supercondutores.
"A questão por trás de nosso estudo foi:podemos esperar uma transição de fase quando acionamos o próprio parâmetro de ordem em amplitude grande o suficiente?" Shimano disse. "A transição de fase por meio de um controle direto do parâmetro de pedido é concebivelmente nova e intrigante."
Como parte de seu estudo recente, Shimano e seus colegas examinaram especificamente o 3R-TaSe 2 , um material bidimensional (2D) no qual a ordem da onda de densidade de carga (CDW) e a supercondutividade aparecem em baixas temperaturas. Em seus experimentos, eles tentaram conduzir o parâmetro de pedido do CDW diretamente, sem injetar o excesso de energia no sistema, estimulando o chamado modo amplitudon (ou seja, uma oscilação de amplitude da ordem CDW que é acoplada a um fônon), que existe na faixa de frequência THz.
"Adotamos a técnica desenvolvida recentemente de uma geração intensa de pulso THz e espectroscopia THz resolvida no tempo, "Shimano disse." Primeiro, conseguimos conduzir o modo de amplitude CDW através do processo de excitação de dois fótons do pulso THz irradiado. Próximo, monitoramos a dinâmica ultrarrápida do estado eletrônico com uma resolução de tempo sub-picossegundo usando pulso de sonda THz, que é sensível à resposta dos portadores de carga. "
Inesperadamente, Shimano e seus colegas descobriram que uma estrutura de lacuna foi induzida no espectro de condutividade óptica na faixa de frequência THz. Esta observação sugere que o estado inicialmente metálico do material foi parcialmente convertido em um estado semelhante ao isolamento, aproximadamente 1 picossegundo após sua excitação.
"Usualmente, irradiar luz em materiais tende a induzir metalicidade, uma vez que os elétrons adquirem energia cinética e se tornam mais móveis, "Shimano disse." O presente caso é oposto a esta tendência comum:alguma parte dos elétrons congela na excitação THz. Uma vez que a amplitude é um modo acoplado de elétron e fônon, o pulso THz intenso deve modular a configuração da rede por meio da condução da amplitude. "
Com base nas descobertas coletadas em seus experimentos, Shimano e seus colegas inferiram que uma oscilação de grande amplitude do fônon resulta em um deslocamento médio da rede do material, devido à não linearidade dos fônons. Este processo se assemelha ao efeito de retificação que ocorre em um circuito elétrico.
A modulação ultrarrápida do 3R-TaSe 2 A configuração da rede pode desempenhar um papel fundamental na ativação do estado de isolamento oculto que esta equipe de pesquisadores observou no sistema CDW que examinaram. No futuro, eles gostariam de definir a natureza desse estado de isolamento, para obter uma melhor compreensão de suas observações. Além disso, eles planejam explorar a interação entre a ordem de CDW e a supercondutividade ainda mais, usando métodos experimentais semelhantes.
"De forma geral, nosso trabalho abre um novo caminho para a transição de fase induzida pela luz de uma maneira 'fria', evitando a injeção de excesso de energia no sistema de elétrons, "Shimano disse." Estamos planejando utilizar este novo tipo de botão de sintonia para o controle das fases quânticas, com o objetivo de revelar a paisagem inexplorada de materiais quânticos. "
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