Pesquisadores elaboram uma descrição teórica dos estados topológicos induzidos pela luz

Dispersões de energia E(k) de bandas de spin para cima e para baixo em k_z =0 que são ampliados em torno de E=0 . Aqui, as bandas dominadas pelo componente s-orbital (p-orbital) são indicadas por uma linha sólida vermelha (azul). O eixo da abscissa k_l é medido na unidade de 1/d_l com l=x,y,z. (a) E(k) no k_x −k_s plano em k_z =0 para as bandas de spin ascendente. (b) O mesmo que o painel (a), mas para as bandas de spin descendente. Crédito:Revisão Física B (2022). DOI:10.1103/PhysRevB.106.085206

Materiais topológicos que possuem certas simetrias de nível atômico, incluindo isolantes topológicos e semimetais topológicos, provocaram fascínio entre muitos cientistas de matéria condensada por causa de suas propriedades eletrônicas complexas. Agora, pesquisadores no Japão demonstraram que um semicondutor normal pode ser transformado em um semimetal topológico por irradiação de luz. Além disso, eles mostraram como as respostas dependentes de rotação podem aparecer quando iluminadas com luz laser circularmente polarizada. Publicado em Revisão Física B , este trabalho explora a possibilidade de criar semimetais topológicos e manifestar novas propriedades físicas pelo controle da luz, o que pode abrir uma rica fronteira física para propriedades topológicas.
A maioria das substâncias comuns são condutores elétricos, como metais, ou isolantes, como plástico. Em contraste, os isolantes topológicos podem apresentar um comportamento incomum em que as correntes elétricas fluem ao longo da superfície da amostra, mas não no interior. Este comportamento característico está fortemente ligado às propriedades topológicas inerentes ao estado eletrônico. Além disso, uma nova fase chamada semi-metal topológico fornece um novo playground para explorar o papel da topologia na matéria condensada. No entanto, a física subjacente desses sistemas ainda está sendo ponderada.

Pesquisadores da Universidade de Tsukuba estudaram a dinâmica das excitações no arseneto de zinco (Zn₃ Como₂ ) quando irradiado com um laser de polarização circular. O arseneto de zinco é normalmente considerado um semicondutor de lacuna estreita, o que significa que os elétrons não são livres para se movimentar por conta própria, mas podem ser facilmente impulsionados pela energia de uma fonte de luz externa. Sob as condições certas, o material pode mostrar um estado topológico especial chamado "semimetal Floquet-Weyl", que é um semimetal topológico acoplado à luz. Neste caso, a corrente elétrica pode ser transportada na forma de quasipartículas chamadas férmions de Weyl. Como essas quasipartículas viajam como se tivessem massa zero e resistem à dispersão, os férmions de Weyl podem se mover facilmente através do material.

“Os semimetais Floquet-Weyl exibem um punhado de propriedades raras que podem ser utilizadas em dispositivos eletrônicos, incluindo alta mobilidade, resistência magnética titânica e correntes polarizadas por spin”, diz o autor Ken-ichi Hino. No trabalho atual, os pesquisadores mostraram que, quando um laser de onda contínua polarizado circularmente para a esquerda é sintonizado com uma frequência que quase corresponde à lacuna de energia no material, os elétrons de spin para baixo e os de spin para cima formam fases diferentes, um Weyl semi-metal e um isolador de fenda estreita. Este último está nas proximidades de outro semi-metal topológico chamado semi-metal de linha nodal.

“Nossa exploração da dinâmica transitória das excitações no arseneto de zinco pode aprofundar a compreensão da física subjacente desses materiais”, diz o autor sênior Runnan Zhang. Esta pesquisa básica também pode ajudar a acelerar o desenvolvimento de técnicas para magnetização de superfície induzida por luz de materiais não magnéticos. + Explorar mais