Las oscilaciones de dos átomos de los átomos en un cristal semiconductor son excitadas por pulsos de terahercios ultracortos. Las ondas de terahercios irradiadas desde los átomos en movimiento se analizan mediante un método novedoso de resolución temporal y demuestran el carácter no clásico de los movimientos atómicos de gran amplitud.
El péndulo clásico de un reloj oscila hacia adelante y hacia atrás con un alargamiento y una velocidad bien definidos en cualquier instante en el tiempo. Durante este movimiento, la energía total es constante y depende del alargamiento inicial que puede elegirse arbitrariamente. Osciladores en elEl mundo cuántico de átomos y moléculas se comporta de manera bastante diferente: su energía tiene valores discretos que corresponden a diferentes estados cuánticos. La ubicación del átomo en un solo estado cuántico del oscilador se describe mediante una función de onda independiente del tiempo, lo que significa que no hay oscilaciones.
Las oscilaciones en el mundo cuántico requieren una superposición de diferentes estados cuánticos, una denominada coherencia o paquete de ondas. La superposición de dos estados cuánticos, una coherencia de un solo fonón, da como resultado un movimiento atómico cerca del péndulo clásico. Mucho más interesanteson coherencias de dos fonones, una excitación genuinamente no clásica para la cual el átomo está en dos posiciones diferentes simultáneamente. Su velocidad no es clásica, lo que significa que el átomo se mueve al mismo tiempo tanto a la derecha como a la izquierda como se muestra en la películaTales movimientos existen por tiempos muy cortos solo cuando la superposición bien definida de estados cuánticos decae por la llamada decoherencia dentro de unos pocos picosegundos 1 picosegundo = 10- 12 s.Las coherencias de dos fonones son muy relevantes en la nueva área de investigación de la fonética cuántica, donde se investigan los movimientos atómicos a medida, como los fonones exprimidos o enredados.
en un número reciente de Cartas de revisión física , investigadores del Instituto Max Born en Berlín aplican un método novedoso de espectroscopía bidimensional de terahercios 2D-THz para generar y analizar coherencias de dos fonones no clásicas con enormes amplitudes espaciales. En sus experimentos, una secuencia de tresLos pulsos THz bloqueados en fase interactúan con un cristal de 70 μm de espesor del semiconductor InSb y el campo eléctrico irradiado por los átomos en movimiento sirve como una sonda para mapear los fonones en tiempo real. Escaneos bidimensionales en los que el tiempo de espera entretres pulsos THz son variados, muestran fuertes señales de dos fonones y revelan su firma temporal [Fig. 1]. Un análisis teórico detallado muestra que múltiples interacciones no lineales de los tres pulsos THz con el cristal InSb generan fuertes excitaciones de dos fonones.
Este novedoso esquema experimental permite por primera vez comenzar y detectar coherencias de gran amplitud de dos cuánticas de vibraciones reticulares en un cristal. Todas las observaciones experimentales están en excelente acuerdo con los cálculos teóricos. Este nuevo tipo de espectroscopía 2D THz allana el caminopara generar, analizar y manipular otras excitaciones de baja energía en sólidos como los magnones y las transiciones entre los estados de excitación e impurezas de excitones e impulsos con secuencias de pulsos múltiples.
Película: visualización de coherencias cuánticas no clásicas en la materia. Las dos parábolas curvas negras muestran las superficies de energía potencial de los osciladores armónicos que representan las oscilaciones de los átomos en un sólido cristalino alrededor de sus posiciones de equilibrio, es decir, los llamados fonones. Curvas azules: probabilidad de presencia de átomos en diferentes posiciones espaciales en equilibrio térmico. El principio de incertidumbre mecánica cuántica exige un ancho finito de tales funciones de distribución. Curvas rojas: distribuciones de probabilidad dependientes del tiempo de estados oscilantes coherentes en la materia. Coherencia de un solo fonón panel izquierdo: el movimiento mecánico cuántico de los átomos se asemeja al movimiento clásico de un péndulo bola cian. Este último se mueve durante la oscilación de izquierda a derecha o viceversa. Coherencia de dos fonones panel derecho: la mecánica cuántica también permite patearfuera de un estado no clásico con la propiedad mecánica cuántica de que el átomo puede estar en dos posiciones simultáneamente.y de los átomos se comporta también de forma no clásica, es decir, el átomo se mueve al mismo tiempo tanto a la derecha como a la izquierda.En el caso de un oscilador armónico perfecto, las corrientes de las dos partes del átomo se cancelan exactamente entre sí.Por lo tanto, es necesaria una pequeña anarmonía para observar la emisión de un transitorio de campo eléctrico coherente como se muestra en la figura 1 c
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Materiales proporcionado por Forschungsverbund Berlin eV FVB . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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