Las cosas siempre se pueden hacer más rápido, pero ¿puede algo vencer a la luz? La computación con luz en lugar de electricidad se considera un avance para aumentar las velocidades de la computadora. Los transistores, los componentes básicos de los circuitos de datos, requieren cambiar las señales eléctricas en luz para poderpara transmitir la información a través de un cable de fibra óptica. La computación óptica podría potencialmente ahorrar el tiempo y la energía que solía gastarse para dicha conversión. Además de la transmisión de alta velocidad, las excelentes propiedades de bajo ruido de los fotones los hacen ideales para explorar cuánticamecánica. En el corazón de aplicaciones tan convincentes es asegurar una fuente de luz estable, especialmente en un estado cuántico.
Cuando la luz brilla sobre electrones en un cristal semiconductor, un electrón de conducción puede combinarse con un agujero cargado positivamente en el semiconductor para crear un estado unido, el llamado excitón. Fluye como electrones pero emite luz cuando el par de electronesse vuelve a unir, los excitones podrían acelerar los circuitos generales de transmisión de datos. Además, muchas fases físicas exóticas como la superconductividad se especulan como fenómenos que surgen de los excitones. A pesar de la riqueza de predicciones teóricas exóticas y su larga historia reportado por primera vez en la década de 1930, gran parte de la física con respecto a los excitones se ha centrado principalmente en su concepto inicial de unión "simple" de un electrón y un agujero, raramente actualizado a partir de los hallazgos en la década de 1930.
en el último número de la revista Naturaleza , un equipo de investigación dirigido por el Profesor PARK Je-Geun del Departamento de Física y Astronomía, Universidad Nacional de Seúl - anteriormente Director Asociado del Centro de Sistemas Electrónicos Correlativos dentro del Instituto de Ciencias Básicas IBS, Corea del Sur -encontrado un nuevo tipo de excitón en material magnético van der Waals NiPS 3 . "Para albergar un estado tan novedoso de una física de excitones, se requiere un intervalo de banda directo y, lo más importante, un orden magnético con una fuerte correlación cuántica. En particular, este estudio lo hace posible con NiPS 3 , un material magnético de van der Waals, un sistema intrínsecamente correlacionado ", señala el profesor PARK Je-Geun, autor correspondiente del estudio. El grupo del profesor Park informó la primera realización de materiales exactos de van der Waals magnéticos en 2D utilizando NiPS 3 en 2016. Utilizando el mismo material, han demostrado que NiPS 3 alberga un estado de excitación magnética completamente diferente de los excitones más convencionales conocidos hasta la fecha. Este estado de excitación es intrínsecamente de origen de muchos cuerpos, que es una realización real de un estado cuántico genuino. Como tal, este nuevo trabajo señala un cambio significativoen el vibrante campo de la investigación en sus 80 años de historia.
Toda esta inusual excitación física en NiPS 3 comenzó con picos extrañamente altos vistos en los primeros experimentos de PL fotoluminiscencia realizados en 2016 por el profesor CHEONG Hyeonsik de la Universidad de Sogang. Pronto fue seguido por otro experimento de absorción óptica realizado por el profesor KIM Jae Hoon de la Universidad de Yonsei.los datos ópticos indicaron claramente dos puntos de importancia significativa: uno es la dependencia de la temperatura y el otro, la naturaleza resonante extremadamente estrecha del excitón.
Para comprender los hallazgos inusuales, el Prof. Park utilizó una técnica de dispersión de rayos X inelástica resonante, conocida como RIXS, junto con el Dr. Ke-Jin Zhou en las Instalaciones Diamante, Reino Unido. Este nuevo experimento fue crítico para el éxito deel proyecto general. Primero, confirmó la existencia del pico de excitación de 1.5 eV más allá de cualquier duda. Segundo, proporcionó una guía inspiradora sobre cómo podríamos llegar a un modelo teórico y los cálculos resultantes. Esta conexión entre el experimento y la teoríadesempeñaron un papel fundamental para ellos para resolver el gran rompecabezas en NiPS 3 .
Utilizando el proceso analítico que se muestra arriba, el Dr. KIM Beom Hyun y el Prof. SON Young-Woo del Instituto de Estudios Avanzados de Corea llevaron a cabo cálculos teóricos masivos de muchos cuerpos. Al explorar estados cuánticos masivos por un total de 1,500,000 en el espacio de Hilbert, ellosconcluyó que todos los resultados experimentales podrían ser consistentes con un conjunto particular de parámetros. Cuando compararon los resultados teóricos con los datos de RIXS Fig. 3-a, quedó claro que llegaron a una comprensión completa de la fase de excitón muy inusualde NiPS 3 . Por fin, el equipo podría comprender teóricamente el estado de excitación magnética de la naturaleza de muchos cuerpos, es decir, un estado de excitación cuántica genuino.
Hay varias distinciones vitales que deben hacerse sobre el excitón magnético cuántico descubierto en NiPS 3 en comparación con el excitón más convencional que se encuentra en otros materiales 2D y todos los demás aisladores que tienen un estado de excitón. En primer lugar, los excitones que se encuentran en NiPS 3 es intrínsecamente un estado cuántico que surge de una transición de un triplete Zhang-Rice a un singlete Zhang-Rice. Segundo, es casi un estado de resolución limitada, indicativo de algún tipo de coherencia presente entre los estados. En comparación, todoslos otros estados de excitación informados anteriormente son de estados Bloch extendidos.
Probablemente sea demasiado pronto para que hagamos predicciones definitivas; también podría traer el futuro del campo relacionado de las investigaciones magnéticas de van der Waals, sin mencionar nuestras vidas. Sin embargo, está claro incluso en este momento que"La naturaleza cuántica del nuevo estado excitónico es única y atraerá mucha atención por sus potenciales en el campo de la información cuántica y la computación cuántica, por nombrar solo algunos. Nuestro trabajo abre una posibilidad interesante de muchos materiales magnéticos de Van der Waalsque tiene estados de excitación cuántica similares ", explica el profesor Park.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Básicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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