Forskere har for første gang direkte observert Floquet-effekter i grafen. Gjennombruddet bekrefter at Floquet-engineering kan brukes i metalliske og semi-metalliske kvantematerialer. Resultatene kan endre hvordan vi designer elektronikk, kvantecomputere og sensorer.

Hva er funnet?

Et internasjonalt team ledet av Universitetet i Göttingen har dokumentert Floquet-effekter i grafen. Studien, publisert i Nature Physics, avgjør et langvarig vitenskapelig spørsmål: Lyspulser kan presist modifisere et materiales egenskaper også i materialer som grafen.

Derfor betyr det noe

• Første direkte observasjon av Floquet-effekter i grafen.
• Bekrefter at Floquet-engineering virker i metalliske og semi-metalliske kvantematerialer.
• Resultatene viser at metoden er effektiv i et bredt spekter av materialer.
• Bringer forskere nærmere å forme kvantematerialer med spesifikke egenskaper ved hjelp av laserpulser.
• Åpner for målrettet kontroll av elektroner og elektroniske tilstander med lys.
• Kan legge grunnlaget for fremtidens elektronikk, datamaskiner og avanserte sensorer.
• Gjør det mulig å undersøke topologiske egenskaper – svært stabile egenskaper med stort potensial for pålitelige kvantecomputere og nye sensorer.

Slik gjorde de det

Forskerne brukte femtosekund-momentummikroskopi for å fange ekstremt raske endringer i elektronisk oppførsel. Grafenprøvene ble belyst med raske lysblitz og deretter undersøkt med en forsinket puls for å følge hvordan elektronene reagerte på ultrakorte tidsskalaer. Målingene viste tydelige spor av Floquet-effekter i fotoemisjonsspekteret til grafen.

"Våre målinger beviser klart at Floquet-effekter forekommer i fotoemisjonsspekteret til grafen," sier Dr. Marco Merboldt ved Universitetet i Göttingen, studiens førsteforfatter. "Dette gjør det tydelig at Floquet-engineering faktisk fungerer i disse systemene – og potensialet i denne oppdagelsen er enormt."

Kontroll med lys

"Våre resultater åpner nye måter å kontrollere elektroniske tilstander i kvantematerialer med lys. Dette kan føre til teknologier der elektroner manipuleres på en målrettet og kontrollert måte."

"Det som er spesielt spennende er at dette også gjør det mulig for oss å undersøke topologiske egenskaper. Dette er spesielle, svært stabile egenskaper som har stort potensial for å utvikle pålitelige kvantecomputere eller nye sensorer for fremtiden."

Prosjektet ble ledet i Göttingen av professor Marcel Reutzel sammen med professor Stefan Mathias, i samarbeid med forskerteam i Braunschweig, Bremen og Fribourg.

Publikasjon og støtte

Funnene er publisert i Nature Physics. Forskningen er støttet av Det tyske forskningsfondet (DFG) gjennom Universitetet i Göttingens Collaborative Research Centre "Control of Energy Conversion at Atomic Scales".

Konklusjon: Med direkte påviste Floquet-effekter i grafen tar forskningen et tydelig skritt mot praktiske kvanteteknologier. Neste fase blir å oversette denne kontrollen med lys til konkrete komponenter som kan transformere elektronikkdesign.

Kilder: ScienceDaily, Phys.org, Nature Physics, University of Göttingen