Os materiais quânticos mostram características emergentes significativas quando estimuladas por fontes externas. No entanto, quando esses estados excitados são removidos quando as tensões são removidas, suas aplicações práticas são limitadas à erosão rápida. Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Harvard e do Instituto Paul Sherra PSI agora demonstrou uma abordagem para investigar esses estados passageiros e investigar seu comportamento quântico usando o laser de elétrons livres de raios-X Swissfel de Swissfel para PSI. As investigações são publicadas na revista MaterialO
Alguns materiais mostram propriedades quânticas interessantes que podem levar às tecnologias que se converteram da eletrônica de luta em bateria de alta capacidade. No entanto, quando esses materiais estão em seu estado natural, essas propriedades estão ocultas e os cientistas devem ser solicitados a aparecer suavemente. Uma das maneiras pelas quais eles podem fazer isso é que esses materiais usam pulsos de ultração para alterar a estrutura microscópica e a interação eletrônica, para que esses recursos funcionais surjam. Mas as coisas boas não duram para sempre – esses estados propensos à luz são transitórios, geralmente segurando alguns picossegundos, o que dificulta o uso em sua aplicação prática. Em casos raros, os estados induzidos pela luz são prolongados. No entanto, nossa compreensão desses eventos permanece limitada e, no final, não há estrutura geral para o design dos estados excitados.
Uma equipe de cientistas da Universidade de Harvard superou esse desafio, manipulando a simetria do estado eletrônico em um composto de óxido de cobre, juntamente com os colegas de PSI. Usando o laser de elétrons sem elétrons de raios-X Swissfel no PSI, eles provaram que a tensão óptica apropriada pode definir um estado eletrônico não imbalançado ‘metaestável’ para vários nanossegundos-eles geralmente são cerca de um a mais que o final.
Elétron de direção com luz
Compostos em estudo, SR14Q24O41 -um chamado Capplate Ladder-One-Dimensional. É composto por duas unidades estruturais distintas, de modo que os átomos de cobre e oxigênio representam em tamanho. Essa estrutura unidimensional fornece uma plataforma simples para entender os complexos eventos físicos que também são exibidos em um sistema de alta dimensão. “Este material é como o nosso vôo de frutas é a plataforma ideológica que podemos usar para estudar o evento quântico geral”, comentou o físico de material condensado experimental da Universidade de Harvard, que liderou essa pesquisa.
Uma das maneiras de alcançar um estado não imbalançado (‘metaestável’) é mantê -lo em uma força que não tem energia suficiente para escapar. No entanto, essa técnica induz a transformação do episódio estrutural que muda o layout molecular dos elementos e deseja que seja aliviado e evita sua equipe. Mitrao explicou: “Queríamos determinar se havia outra maneira de bloquear o material em um estado não incorreto através do método eletrônico puro”. Por esse motivo, foi oferecida uma abordagem alternativa.
Neste composto, as unidades de corrente contêm uma alta concentração de cargas eletrônicas, enquanto a escada está relativamente vazia. No desequilíbrio, a simetria do estado eletrônico impede qualquer movimento da carga entre as duas unidades. Um pulso a laser de engenharia precisamente quebra essa simetria, carrega o túnel quântico das correntes para a escada. Mitrao explicou: “É como ligar e desligar uma válvula”. Quando a tensão do laser é interrompida, o túnel é fechado, as escadas e as correntes de conexão são fechadas, cortando o contato entre essas duas unidades e, por algum tempo, o sistema interrompe o sistema que permite que os cientistas medam suas propriedades.
A sonda de raios-x rápida de ponta
Os pulsos de raios X fematossegundos ultra-brisos produzidos em Swissfel permitem que processos eletrônicos ultravioleta controlem a formação do estado metaestável e subsequente estabilidade. Os pesquisadores podem obter idéias únicas em tensões magnéticas, elétricas e orbitais-e sua evolução sobre o tempo-que geralmente estão ocultas em outras investigações usando uma técnica conhecida como dispersão de raios-X inlustica ressonante (TR-ricks) em Swissfel Fara Fara.
“Podemos observar especialmente os átomos que determinam as características físicas do sistema”, disse Elia Razzoli, líder do grupo de Furka Endstation, e uma configuração experimental.
Essa habilidade é a chave para espalhar a velocidade eletrônica induzida pela luz que gera condições metaestáveis. “Com essa técnica, podemos observar como os elétrons foram para sua escala de tempo ultra -mais interna e, portanto, publica as metastabilidades eletrônicas”, acrescentou o estudioso pós -acadêmico de Harvard Hari Padma e o principal autor de Paper.
O primeiro de muitos outros
Os tr-ricks fornecem a visão única da energia e do movimento de materiais excitados, abrindo novas oportunidades científicas para os usuários da Swissfel no estudo de materiais quânticos; De fato, esses resultados vêm do primeiro teste realizado por um grupo de usuários na nova estação final de Furka. Estava interessado no desenvolvimento de TR-Ricks, que incentivou a equipe de Harvard a cooperar com cientistas da PSI. Mitrao comentou: “É uma oportunidade rara de ter tempo em uma máquina assim”.
Desde esse teste piloto inicial, o Furka Endstation atualizou para melhorar a resolução de energia do riquixá e está pronto para estudar tensão fraudulenta, como novos tipos de tensões distintas e coletivas. “Este teste foi muito importante para mostrar o tipo de teste que podemos realizar
Este trabalho representa um grande passo no controle de materiais quânticos, longe do equilíbrio, com amplo impacto para as tecnologias futuras. Ao estabilizar os estados não preenchidos induzidos pela luz, o estudo expõe novas possibilidades para o projeto de materiais, incluindo funcionalidade melodiosa. Ele pode ativar dispositivos optoctrônicos ópticos ultra -rápidos com transdutor que convertem sinais elétricos em luz e contraste – os principais componentes da comunicação quântica e computação fotônica. Ele também fornece um caminho para o armazenamento não dirigido, onde os dados são codificados em estados quânticos e controlados pela luz.
