Para peneliti telah mengembangkan teknik optik canggih untuk mengungkap sifat tersembunyi material kuantum Ta2NiSe5 (TNS) menggunakan cahaya. Dengan menggunakan spektroskopi domain waktu terahertz, tim mengamati amplifikasi cahaya terahertz yang anomali, yang menunjukkan adanya kondensat eksiton. Penemuan ini membuka kemungkinan baru untuk menggunakan material kuantum dalam sumber cahaya terjerat dan aplikasi lain dalam fisika kuantum. Kredit: SciTechDaily.com
Para ilmuwan menggunakan teknik berbasis laser untuk mengungkap sifat kuantum tersembunyi dari material Ta2NiSe5, yang berpotensi memajukan pengembangan sumber cahaya kuantum.
Bahan-bahan tertentu mempunyai sifat-sifat yang diinginkan namun tersembunyi, dan sama seperti Anda menggunakan senter untuk melihat dalam kegelapan, para ilmuwan dapat menggunakan cahaya untuk mengungkap sifat-sifat ini.
Para peneliti di Universitas California San Diego telah menggunakan teknik optik canggih untuk mempelajari lebih lanjut tentang materi kuantum yang disebut Ta2NiSe5 (TNS). Karya mereka dipublikasikan di jurnal Bahan alami.
Materi dapat terganggu melalui rangsangan eksternal yang berbeda, seringkali dengan perubahan suhu atau tekanan; namun, karena cahaya adalah benda tercepat di alam semesta, material akan merespons rangsangan optik dengan sangat cepat, sehingga mengungkap sifat-sifat yang mungkin masih tersembunyi.
Dengan menggunakan teknik yang ditingkatkan yang memberikan akses ke rentang frekuensi yang lebih luas, tim dapat mengungkap beberapa sifat tersembunyi dari kondensat eksiton TNS. Kredit: Sheikh Rubaiat Ul Haque / Universitas Stanford
Teknik Optik Tingkat Lanjut dalam Material Kuantum
“Intinya, kami menyorotkan laser pada suatu material dan ini seperti fotografi stop-action di mana kami dapat secara bertahap mengikuti properti tertentu dari material tersebut,” kata Profesor Fisika Richard Averitt, yang memimpin penelitian dan merupakan salah satu penulis makalah tersebut. “Dengan melihat bagaimana partikel penyusunnya bergerak dalam sistem tersebut, kita dapat mengungkap sifat-sifat yang sangat sulit ditemukan.”
Eksperimen tersebut dilakukan oleh penulis utama Sheikh Rubaiat Ul Haque, yang lulus dari UC San Diego pada tahun 2023 dan sekarang menjadi sarjana pascadoktoral di Universitas Stanford. Dia, bersama Yuan Zhang, mahasiswa pascasarjana lainnya di laboratorium Averitt, mengembangkan teknik yang disebut spektroskopi domain waktu terahertz. Teknik ini memungkinkan para ilmuwan mengukur sifat material pada rentang frekuensi, dan perbaikan Haque memungkinkan mereka mengakses rentang frekuensi yang lebih luas.
Keadaan Kuantum dan Amplifikasi Cahaya
Karya ini didasarkan pada teori yang dibuat oleh penulis makalah lainnya, Eugene Demler, seorang profesor di ETH Zürich. Demler dan mahasiswa pascasarjananya Marios Michael mengembangkan gagasan bahwa ketika material kuantum tertentu tereksitasi oleh cahaya, material tersebut dapat berubah menjadi media yang memperkuat frekuensi cahaya terahertz. Hal ini mengarahkan Haque dan rekannya untuk mengamati secara dekat sifat optik TNS.
Ketika sebuah elektron tereksitasi ke tingkat yang lebih tinggi oleh a fotoitu meninggalkan lubang. Jika elektron dan lubang terikat, maka akan tercipta eksiton. Rangsangan juga dapat membentuk kondensat – keadaan yang terjadi ketika partikel berkumpul dan berperilaku sebagai satu kesatuan.
Teknik Haque, didukung oleh teori Demler dan menggunakan perhitungan fungsi kepadatan oleh kelompok Angel Rubio di Institut Max Planck untuk Struktur dan Dinamika Materi, tim dapat mengamati amplifikasi cahaya terahertz anomali, yang mengungkap beberapa sifat tersembunyi dari rangsangan TNS. kondensat.
Kondensat adalah keadaan kuantum yang terdefinisi dengan baik dan penggunaan teknik spektroskopi ini memungkinkan beberapa sifat kuantumnya dicetak ke dalam cahaya. Hal ini mungkin berimplikasi pada munculnya sumber cahaya terjerat (di mana banyak sumber cahaya memiliki sifat yang saling berhubungan) yang memanfaatkan material kuantum.
“Saya pikir ini adalah area yang terbuka lebar,” kata Haque. “Teori Demler dapat diterapkan pada rangkaian material lain dengan sifat optik nonlinier. Dengan teknik ini, kita dapat menemukan fenomena baru yang disebabkan oleh cahaya yang belum pernah dieksplorasi sebelumnya.”
Referensi: “Amplifikasi parametrik Terahertz sebagai reporter dinamika kondensat eksiton” oleh Sheikh Rubaiat Ul Haque, Marios H. Michael, Junbo Zhu, Yuan Zhang, Lukas Windgätter, Simone Latini, Joshua P. Wakefield, Gu-Feng Zhang, Jingdi Zhang, 2005; Angel Rubio, Joseph G. Checkelsky, Eugene Demler dan Richard D. Averitt, 3 Januari 2024, Bahan alami.
DOI: 10.1038/s41563-023-01755-2
Pendanaan disediakan oleh DARPA Program DRINQS (D18AC00014), Swiss National Science Foundation (200021_212899), Kantor Penelitian Angkatan Darat (W911NF-21-1-0184), Dewan Riset Eropa (ERC-2015-AdG694097), Cluster of Excellence ‘Pencitraan Materi Tingkat Lanjut’ (AIM), Grupos Consolidados (IT1249-19), Deutsche Forschungsgemeinschaft (170620586), dan Institut Flatiron.
