И для такой "техномагии" не нужны мощные лазерные импульсы — достаточно квазичастиц экситонов, которые создают "квантовую рябь" в материале.
Это открытие открывает новые горизонты в инженерии, которая позволит создавать не встречающиеся на Земле метаматериалы с разными интересными свойствами.
Инженерия Флоке изучает, как можно изменять свойства материалов, воздействуя на них светом. Периодические световые импульсы перестраивают поведение электронов, что позволяет временно превратить материал в сверхпроводник. Когда свет определенной частоты падает на атом, электромагнитные фотоны взаимодействуют с электронами, смещая их энергетические уровни.
Регулируя частоту и интенсивность света, можно заставить электроны занимать гибридные энергетические полосы, изменяя свойства материала. Когда свет выключается, электроны возвращаются на свои исходные уровни, восстанавливая свойства материала.
Прорыв совершили физики из Окинавского научно-технического института в Японии и Стэнфордского университета в США. Они обнаружили, что экситоны — квазичастицы, возникающие в полупроводниках при возбуждении электронов — могут вызывать эффект Флоке более эффективно, чем свет.
Экситон образуется, когда электрон, поглощая энергию, переходит на более высокий энергетический уровень, оставляя после себя положительно заряженную дырку. Эти квазичастицы переносят колебательную энергию, которая сильно взаимодействует с окружающими электронами.
«Экситоны, будучи частью самого материала, взаимодействуют с ним сильнее, чем свет», — объяснил Джанлука Стефануччи из Римского университета Тор Вергата. «Для создания плотной популяции экситонов, вызывающей периодическую гибридизацию, требуется значительно меньше света».
Для наблюдения эффекта команда использовала систему TR-ARPES, которая изучила ультратонкий полупроводник. Они сравнили изменения в электронной структуре при сильном световом воздействии и более слабом, но с задержкой в 200 фемтосекунд. Это позволило выделить вклад экситонов.
«Эксперименты были красноречивыми, — сказал Вивек Парик. — Нам потребовалось десятки часов, чтобы наблюдать эффект Флоке с помощью света, но всего около двух часов для экситонной версии, и результат был гораздо сильнее».
Это открытие подтверждает, что эффекты Флоке могут вызываться не только светом, но и другими бозонными частицами, такими как фононы или плазмоны.
«Мы открыли новые возможности для прикладной физики Флоке и широкого применения бозонов», — отметил Дэвид Бэкон, соавтор исследования. «Это очень интересно, учитывая огромный потенциал для создания и управления квантовыми материалами. У нас пока нет готового решения, но у нас есть спектральная подпись для первых практических шагов».
Тёмные экситоны имеют огромный потенциал в качестве носителей информации, так как они меньше взаимодействуют со светом и могут быть более надежными. Однако их сложно изучать. В прошлом году ученым из Японии впервые удалось наблюдать эволюцию невидимых тёмных экситонов в очень тонких материалах.