La espectroscopía multidimensional ultrarrápida desbloquea los efectos a escala macroscópica de las correlaciones electrónicas cuánticas.
Los investigadores descubrieron que los estados de baja y alta energía están correlacionados en un material superconductor LSCO lantano, estroncio, cobre, oxígeno.
Al excitar el material con un rayo ultrarrápido <100fs, el haz de luz infrarroja cercana produce excitaciones coherentes que duran un tiempo sorprendentemente 'largo' de alrededor de 500 femtosegundos, que se originan a partir de una superposición cuántica de estados excitados dentro del cristal.
La fuerte correlación entre la energía de esta coherencia y la energía óptica de la señal emitida indica una interacción coherente entre los estados de baja y alta energía.
Este tipo de interacción coherente, informada aquí por primera vez, es la raíz de muchos fenómenos intrigantes y poco entendidos que muestran los materiales cuánticos.
Es una de las primeras aplicaciones de la espectroscopía multidimensional para estudiar sistemas electrónicos correlacionados, como los superconductores de alta temperatura.
MATERIALES CUÁNTICOS DE SONDAJE
Las interesantes propiedades magnéticas y electrónicas de los materiales cuánticos son prometedoras para las tecnologías futuras.
Sin embargo, controlar estas propiedades requiere una mejor comprensión de las formas en que emerge el comportamiento macroscópico en materiales complejos con fuertes correlaciones electrónicas.
Las propiedades eléctricas y magnéticas potencialmente útiles de los materiales cuánticos con fuertes correlaciones electrónicas incluyen: transición de Mott, magnetorresistencia colosal, aisladores topológicos y superconductividad a alta temperatura.
Tales propiedades macroscópicas surgen de la complejidad microscópica, enraizadas en las interacciones competitivas entre los grados de libertad carga, celosía, giro, orbital y topología de los estados electrónicos.
Si bien las mediciones de la dinámica de las poblaciones electrónicas excitadas han podido dar una idea, en gran medida han descuidado la intrincada dinámica de la coherencia cuántica.
En este nuevo estudio, los investigadores aplicaron la espectroscopía multidimensional coherente al desafío por primera vez, utilizando la capacidad única de la técnica para diferenciar entre vías de señal competidoras, excitar selectivamente y explorar excitaciones de baja energía.
Los investigadores analizaron la coherencia cuántica de las excitaciones producidas al golpear cristales de LSCO lantano, estroncio, cobre y oxígeno con una secuencia de haces ultrarrápidos de luz infrarroja cercana que dura menos de 100 femtosegundos
Esta coherencia tiene propiedades inusuales, dura un tiempo sorprendentemente 'largo' de alrededor de 500 femtosegundos y se origina a partir de una superposición cuántica de estados excitados dentro del cristal.
espectro 2D que muestra la diferencia de energía entre los estados en la superposición cuántica, mostrada antes, durante y después de la superposición del pulso
"Encontramos una fuerte correlación entre la energía de esta coherencia y la energía óptica de la señal emitida, lo que indica una interacción coherente especial entre los estados de baja y alta energía en estos sistemas complejos", dice el autor del estudio Jeff Davis SwinburneUniversidad de Tecnologia.
Debido a que el número de excitaciones disponibles afecta la estructura de la banda de un cristal, la estructura de energía efectiva cambia de manera transitoria durante la medición, lo que vincula las excitaciones de baja energía y los estados electrónicos excitados ópticamente.
El estudio demuestra que la espectroscopía coherente multidimensional puede interrogar materiales cuánticos complejos de formas sin precedentes.
Además de representar un avance importante en la espectroscopía ultrarrápida de materiales correlacionados, el trabajo tiene un significado más amplio en óptica / fotónica, química, nanociencia y ciencia de la materia condensada.
EL ESTUDIO
La coherencia persistente de las superposiciones cuánticas en un cuprato óptimamente dopado revelado por espectroscopía 2D se publicó en Avances científicos en febrero de 2020.
Los autores reconocen la financiación del Consejo de Investigación Australiano Programas de Becas Futuras y Centros de Excelencia. El trabajo se realizó en el Centro de Ciencia Cuántica y Óptica Universidad Tecnológica de Swinburne, Universidad de Ruhr Alemania y Universidad de Oxford Reino Unido..
ESPECTROSCOPÍA ULTRAFAST EN LA FLOTA
Dentro de FLEET, Jeff Davis usa espectroscopía ultrarrápida para estudiar y controlar las interacciones microscópicas en materiales 2D y cómo conducen a un comportamiento macroscópico.
En el tercer tema de investigación de FLEET, los materiales transformados por la luz, los sistemas son expulsados temporalmente del equilibrio térmico para investigar la física cualitativamente diferente que se muestra y las nuevas capacidades para controlar dinámicamente su comportamiento.
FLEET es un centro de investigación financiado por el Consejo de Investigación Australiano que reúne a más de cien expertos australianos e internacionales para desarrollar una nueva generación de productos electrónicos de energía ultrabaja.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro de excelencia ARC en futuras tecnologías electrónicas de baja energía . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :