Schéma de l'excitation optique presque résonnante suivie de l'OSE. (À gauche) L'allocation d'énergie d'origine de la bande p (ligne continue rouge) et de la bande s (ligne continue bleue) avec l'écart énergétique EgEg. (Centre) Avec l'application du laser cw avec fréquence et champ électrique constant FxFx, l'OSE provoque un quasi-split énergétique de l'ordre de la fréquence de Rabi ΩRΩR entre une paire de bandes photodressées, s(n−1)s(n−1) et p(n), avec n=0, 1n=0, 1. (À droite) Avec l'augmentation supplémentaire de FxFx, une paire de bandes de p(1) et s(−1)s(−1) subit une inversion avec anticroisement. Le croisement de bande a lieu à un certain FxFx, comme indiqué par une ligne pointillée. Crédit: Rapports scientifiques (2021). DOI :10.1038/s41598-021-82230-3
Des scientifiques de l'Université de Tsukuba ont démontré la possibilité que les électrons se déplacent comme s'ils n'avaient pas de masse lorsque certains matériaux appelés "isolants topologiques" sont irradiés avec des faisceaux laser. Ces travaux pourraient conduire à une nouvelle classe de dispositifs électroniques et de cristaux photoniques hautement efficaces.
Les appareils électroniques conventionnels reposent principalement sur des cristaux de silicium. Du point de vue des électrons qui composent les signaux électriques qui parcourent ces matériaux, les systèmes sont si grands qu'ils sont pratiquement sans fin. Cela fait que la plupart des structures électroniques ressemblent aux solutions mathématiques d'un réseau répétitif infini "en vrac". Cependant, les progrès récents de la physique du solide ont mis en évidence la possibilité d'"isolants topologiques, " qui sont des matériaux qui sont généralement des isolants électriques, mais ont des états qui existent au bord du matériau. Ces états de surface créés par la transition brutale de la matière à l'espace vide ont des propriétés particulières, comme la protection contre les perturbations causées par le désordre, comme cela peut arriver avec d'autres états électroniques. Dans certains cas, les électrons peuvent se déplacer si librement qu'ils agissent comme s'ils n'avaient aucune masse. Aussi intrigants que soient les états topologiques, on ne sait toujours pas comment les générer et comment ils se comportent.
Maintenant, une équipe de recherche de l'Université de Tsukuba a utilisé des calculs théoriques pour prédire les états électroniques qui peuvent se former lorsqu'un laser excite un isolant topologique. Cela peut aider à combler des lacunes dans nos connaissances sur ces matériaux, car les données empiriques sont difficiles à obtenir. Les chercheurs ont pu montrer que Dirac déclare, dans lequel les électrons commencent à apparaître sans masse, peut être généré de cette façon. "Les expériences sur les états topologiques hors d'équilibre restent rares, même s'ils ont le potentiel de fournir une nouvelle plate-forme pour créer des états Dirac sans masse inattendus, ", dit l'auteur principal Ken-ichi Hino. L'équipe a pu expliquer leurs découvertes comme résultant de la création de dégénérescences accidentelles quadruples aux points de haute symétrie. "Nous espérons que notre travail accélérera le processus d'investigation des isolants topologiques, ", déclare le professeur Hino. Les résultats de ce projet peuvent aider à ouvrir la voie à de nouveaux systèmes informatiques qui gaspillent moins d'énergie sur la base de ces matériaux.
